Экспериментальное и теоретическое исследование процесса соударения капли жидкости с высокотемпературной стенкой

• Автор: Гуликов, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 180 с. : ил.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
1.1 Анализ экспериментальных работ
1.2 Анализ теоретических работ
2 ОПИСАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СОУДАРЕНИЯ
2.1 Математическая модель соударения капли со стенкой
2.2 Границы допустимости модели
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
3.1 Экспериментальное оборудование
3.2 Подсистема сбора температурных данных
3.3 Подсистема вторичной обработки опытных данных
3.4 Наладка и тестирование комплекса
3.5 Оценка погрешности измерений
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
4.1 Измерение температуры калориметра
4.2 Восстановление теплового потока
4.3 Теплосъем капель, полученный методом теплового баланса
4.4 Погрешность результатов эксперимента
5 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
5.1 Тестирование реализации модели
5.2 Динамика деформации капли при соударении
5.3 Влияние параметров процесса на динамические характеристики
5.4 Влияние параметров процесса на теплообмен
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Г-температура, °С;
а - коэффициент температуропроводности, м2/с;

д - тепловой поток. Вт/м ;
А Г - недогрев жидкости до температуры насыщения, К; с - удельная теплоемкость, Дж/(кг- К); а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 ■ К);
Я - коэффициент теплопроводности, Вт/(м - К); р - плотность, кг/м3;
/ - время, с;
I - теплота испарения, Дж/кг;
/ - частота, с'1;
а - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; р - динамический коэффициент вязкости, Па-с;
V - кинематический коэффициент вязкости, м2/с;
V - объем, м3;
Ту у - радиальная и вертикальная координаты, м;
Я - радиус, м;
Л - высота, м;
ДУ - изменение объема капли, м3; є - коэффициент эффективности теплосъема, %;
(р - потенциал жидкости, м2/с; g - ускорение свободного падения, м/с2;
5 - площадь, м2;
V - скорость, м/с; р - давление, Па;
Ие = — - число Рейнольдса; у
Ро — —у - число Фурье;

We = PDv— - число Вебера; с
Индексы
г - радиальный; у - вертикальный;
О - начальный; sat - насыщение; с, ц - центр; w - стенка; ж - жидкость; пов - поверхность; к - калориметр;
L - Лейденфрост; эф - эффективный; max - максимальный;
(г) - относится к газу.
Другие обозначения А' - значение относится к жидкости;
А’ - значение относится к пару;
А - безразмерное или среднее значение.

г1+1^ 3 я6

+ 8л- сг'

4Я,3

г
(1.10)
Вводятся следующие безразмерные переменные:
п Я г Н г
Я =—, /г =—, г
Я„ I, I.

9 у’р"' Уг И?]*. а- [р%]
и р) М) к 6(Х)

Из (1.9), (1.10) теперь можно получить систему безразмерных уравнений.
Одно из самых существенных допущений модели - ее квазистационарность, что дает возможность применять формулу силы, из решения квазистационарной задачи Рейнолвдса. Очевидно, что для выполнения этого условия должно быть

к2 к
— « ——г , ил* в других переменных: а ип
Ь Г<1к . -к — «1
(1.11)
а"Ь, ёт
Для воды Ьи ~ 1СГ4 - 10'5 м, Ь, ~ 10'2 с, а ~ 10‘5 м2/с и условие (1.11) эквивалентно
следующему: к — «10 , последнее очевидно заведомо выполняется в случае, <1т |
если
<1к
к=~<К 1).
<1т
Поскольку нагрев формально не влияет на динамику капли, выполнение условия (1.11) проверялось по результатам численного интегрирования обезразмеренной системы (1.9), (1.11). Как показали вычисления, по мере приближения капли к поверхности динамический режим капли резко меняется и с некоторого момента начинает выполняться условие (1.11). Отметим, что этот момент прослеживается весьма четко, так что переход к условию (1.11) происходит практически мгновенно.