Моделирование процессов энергообмена в сильнозакрученных сжимаемых потоках газа и плазмы

• Автор: Волов, Вячеслав Теодорович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 297 с. : ил.

Содержание
Принятые обозначения
Введение
1 Тепломассообмен в сильнозакрученном сжимаемом потоке газа
1.1 Вихревой1 эффект Ранка-Хилша. Гипотезы энергетического разделения в сильнозакрученном потоке газа
1.2 Типы организации газовых потоков в вихревых диффузорных системах
2 Полуэмпирическая теория процессов тепломассообмена в вихревых диффузорных системах
2.1 Интегральная модель расчета закрученного сжимаемого потока газа в радиально-щелевом диффузорном канале
2.2 Математическая модель процессов тепломассообмена в вихревой диффузорной камере
2.3 Критерии эффективности сепарации энергии и неустойчивые режимы течения сверхзвукового закрученного потока газа в вихревой диффузорной-камере
3 Моделирование процессов энергообмена в сильнозакрученных ионизированных потоках газов
3.1 Математическая модель вихревого тлеющего разряда
3.2 Математическая модель вихревого СОг-лазера
3.3 Законы подобия для тлеющего разряда в сильнозакрученном' сжимаемом потоке газа
3.4 Энергетический анализ электроразрядных газовых систем
4 Вихревые баллистические плазмотроны двухстадийного сжатия:
4.1 Неэлектрический метод накачки твердотельных лазеров
4.2 Численные расчеты движения газа в вихревых баллистических
установках
4.2.1 Постановка задачи. Моделирование пространственного

нестационарного газового потока
4.2.2 Построение схемы расчета переноса излучения для задач радиационной газовой динамики и результаты численного эксперимента

4.3 Экспериментальные исследования энергообмена в вихревой камере баллистического плазмотрона
4.3.1 Инструментальное и методологическое обеспечение эксперимента по моделированию процессов энергообмена в вихревом баллистическом плазмотроне многостадийного сжатия
4.3.2 Экспериментальное исследование термогазодинамических характеристик в вихревом баллистическом плазмотроне
4.3.3 Эксперименты с кварцевой трубкой в качестве центрального тела
5 Анализ энергетической эффективности поточных газовых машин
5.1 Предельная энергетическая теорема для поточных газовых машин..
5.2. Классификация поточных газовых машин и анализ их эффективности.
5.3 Перспективы повышения энергетической эффективности поточных
газовых машин
Заключение
Библиографический список

Принятые обозначения
Lbk - длина вихревой камеры, м; d/«c — диаметр вихревой камеры, м;
TBK=LBK/dBK - относительная длина вихревой камеры;
а - . коэффициент теплоотдачи (Дж/кг-k), угол входа потока на входе в диффузор; . - "... ;. 4 ,
Ws, WP - плотность электрической мощности (Вт/см3) и погонная, мощность вложенная (Вт/м) в разряд соответственно;
г], Ть Те - колебательное к.п.д., колебательные температуры С02 и N2 и температура электронов соответственно;
Р[,Т{ - полное давление и температура на входе в вихревую камеру;
Gi, GXJ Gr - расход газа не входе в вихревую камеру, расход охлажденного, газа через диафрагму и подогретого газа через дроссель соответственно, кг/с; vr, уф, vz - составляющие скорости газа по соответствующим координатам г, Ф, Z, м/с;
гь г-радиус вихревой камеры и текущий радиус соответственно, м;
£Т,£,А - длина пути турбулентного перемешивания и лангранжев путь смешения соответственно, м;
и, i)T - кинематическая и турбулентная вязкость газа соответственно, м2/с;
Ср, Cv — коэффициент теплоемкости при постоянном давлении и объеме соответственно;
у - коэффициент Пуассона и угол поджатия стенок диффузора;
РОС! Тос, рос - термодинамические параметры на оси вихревой камеры;
Нь Н2, Н3 -коэффициенты Ляме; .
R - газовая постоянная Дж/кг-к;
,A = v/j2——rt.' , М = v/JyRT — коэффициент скорости потока и число Маха V /+1 •
соответственно;

температура постоянна в любом сечении потока. Для сжимаемого-вязкого газа при условии пренебрежения осевыми и радиальными скоростями (у2 = уг = 0) из уравнения (1.16) получаем частичные решения (у2 = уг ). Приведенные решения говорят о том, что в радиально-круговом потоке газа ни вязкость, ни сжимаемость не могут изменить закона потенциального потока в распределении скорости и постоянства полной температуры по радиусу. К такому выводу можно прийти и умозрительно на основании законов сохранения энергии и момента количества движения.
Действительно, если в теплоизолированный стационарный радиальнокруговой поток газа без трения о стенки с массой вносится и момент количества движения, и полная энтальпия, то такое же количество их пройдет в любом кольцевом сечении и унесется через выходное сечение.
Рассмотрим круговое установившееся плоское течение не вязкого сжимаемого газа в неограниченном объеме (рис. 1.3), в котором на окружности радиуса г2 имеется источник момента импульса интенсивностью м2 на единице осевой длины и угловой скоростью ю2. Граничными условиями являются:

Рис. 1.3 Распределение окружной скорости в неограниченном объеме