Многофазные турбулентные струйные течения в элементах тепловых двигателей, установках и устройствах различного назначения : Математическое моделирование, численное и экспериментальное исследования

• Автор: Зуев, Юрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 376 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСОВ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЙ МНОГОФАЗНЫХ ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1.1. Современное состояние вопросов теоретического и экспериментального исследований многофазных турбулентных струйных течений
1.2. Выводы к главе
1.3. Цель работы
2. РАЗРАБОТАННАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МНОГОФАЗНЫХ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ С ФАЗОВЫМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ, КОАГУЛЯЦИЕЙ И ДРОБЛЕНИЕМ КАПЕЛЬ
2.1. Уравнения баланса масс фаз
2.2. Уравнения баланса количества движения фаз
2.3. Уравнения баланса энергии фаз
2.4. Уравнения концентрации компонентов газовой фазы
2.5. Описание процессов конденсации и испарения в многофазных струях
2.6. Описание процессов коагуляции и дробления капель в многофазных струях
2.7. Система осредненных уравнений, описывающих многофазное многокомпонентное неизотермическое турбулентное струйное течение, и граничные условия
ее решения
2.8. Замыкание системы осредненных уравнений
2.9. Критерии подобия многофазных турбулентных неизотермических струйных течений

2.10. Метод численного расчета
2.11. Выводы к главе
3. СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ МНОГОФАЗНЫХ СТРУЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ И ИХ ТЕСТИРОВАНИЕ НА БАЗЕ ОПУБЛИКОВАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
3.1. Краткое описание наиболее известных математических
моделей многофазных струйных течений
3.1.1. Модель Л.Б.Гавина с соавторами
3.1.2. Модель С.Эльхобаши с соавторами
3.1.3. Модель Л.И.Зайчика с соавторами
3.1.4. Модель А.Мостафы с соавторами
3.2. Анализ различных методик задания граничных условий
по характеристикам турбулентности
3.3. Результаты расчетов, выполненных по различным математическим моделям многофазных турбулентных струйных течений, и сравнение их с экспериментальными данными
3.4. Определение вида эмпирических величин в моделях турбулентности, использующих дифференциальные уравнения переноса кинетической энергии турбулентности
и скорости ее диссипации
3.5. Выводы к главе
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОКАПЕЛЬНЫХ СТРУЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ
4.1. Методы диагностики параметров газокапельных струй: краткое описание, приборная реализация применительно к конктетным условиям проведения экспериментов и оценка погрешностей измерений
4.1.1. Газодинамический метод
4.1.2. Лазерно-оптический метод индикатрисы рассеяния
света
4.1.3. Лазерно-оптический метод интегрирующей диафрагмы

4.1.4. Фотография
4.1.5. Лазерная доплеровская система измерения параметров
фаз многофазных течений
4.1.5.1. Определение скорости частиц и газа
4.1.5.2. Определение размеров частиц
4.1.5.3. Определение объемной концентрации частиц
4.1.6. Измерение температуры газовой фазы
4.! .7. Измерение температуры капель
4.2. Результаты экспериментального исследования осесимметричной газокапельной изотермической струи и сравнение их с результатами расчетов
4.3. Результаты экспериментального исследования осесимметричной газокапельной неизотермической струи и сравнение их с результатами расчетов
4.4. Выводы к главе
5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТОВ МНОГОФАЗНЫХ
ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ
5.1. Влияние концентрации, размера частиц, температуры фаз и их скольжения в осредненном течении на пульсационные скорости и коэффициенты турбулентного переноса фаз
5.2. Выявление подобия поперечных полей параметров фаз многофазных турбулентных струй и определение областей автомодельности этих полей по длине струй
5.3. Влияние граничных условий и масштабного фактора на параметры многофазных струйных течений с фазовыми переходами
5.3.1. Влияние граничных условий и масштабного фактора на осредненные параметры фаз многофазных струй с фазовыми переходами
5.3.2. Влияние граничных условий и масштабного фактора на турбулентные характеристики фаз многофазных струй с фазовыми переходами
5.4. Протекание процессов конденсации, испарения и коагуляции

При решении конкретной задачи модель турбулентности необходимо выбирать, исходя из особенностей исследуемого течения и объема информации, который желательно получить в результате этого исследования. В частности, для многофазных струйных течений можно использовать как модели типа к-е, к-е-кг, так и модели типа /, в связи с тем, что эти течения являются автомодельными. При использовании I -моделей можно рассчитать поля осредненных параметров фаз, турбулентных касательных напряжений, потоков массы и тепла, коэффициенты турбулентной вязкости и диффузии. Но к-е- и к-е-кг -модели позволяют дополнительно получить поля кинетической энергии турбулентности и скорости ее диссипации. Однако, не следует забывать, что модели типа к-е отличаются от / -моделей существенной сложностью и, главное, - большим количеством эмпирических величин. Так, если I -модель, предназначенная для расчета многофазных течений, содержит практически только одну эмпирическую константу, входящую в выражение для пути смешения и известную из теории однофазных струй, то при использовании к-е - моделей для расчета этого же течения необходимо задать значения 8... 12 эмпирических величин (в зависимости от типа к-е -модели), часть из которых может быть функциями параметров течения (вероятность этого отмечается даже для однофазных течений в [61, 62]). Кроме этого при использовании к-е -моделей возникает проблема с заданием начальных полей к и е, которые обычно не известны.
Следует отметить, что известные в настоящее время к-е -модели для многофазных струйных течений разрабатывались рядом исследователей, которые для определения эмпирических величин, входящих в эти модели, пользовались различными экспериментами. К сожалению, в опубликованных в настоящее время работах отсутствует сопоставление результатов расчетов многофазных струй, выполненных с использованием различных моделей турбулентности при одинаковых граничных условиях так же, как отсутствует и сопоставление этих расчетов с одним экспериментом, что не позволяет отдать предпочтение какой-либо одной модели турбулентности.
Математические модели многофазных течений должны быть адекватны изучаемым течениям. В частности, сложность выбираемой или