Гидродинамическая структура ограниченных струйных течений

• Автор: Маркович, Дмитрий Маркович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 380 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава I. Развитие экспериментальных методов исследования турбулентных течений
1.1. Электродиффузионный метод исследования локальных характеристик турбулентных потоков
1.2. Метод цифровой трассерной визуализации для измерения мгновенных распределений скорости жидкости и газа
1.3. Теневой метод измерения локальной толщины пленки жидкости
1.4. Волоконно-оптический метод измерения локальной толщины пленки жидкости..
Глава II. Гидродинамическая структура осесимметричной импактной струи
2.1. Когерентные структуры в свободных слоях смешения и струях
2.2. Процессы переноса в импактных струях
2.3. Характеристики осесимметричной импактной струи
2.4. Осесимметричная импактная струя в условиях внешнего периодического зозбуждения
2.5. Условное осреднение характеристик осесимметричной импактной струи, касательное напряжение на стенке
1.6. Условное осреднение характеристик осесимметричной импактной струи. Поля жорости
1.7. Знакопеременные течения в пристенной области импактной струи
1.8. Импактная струя в условиях газонасыщения
"лава III. Плоская турбулентная струя в ограниченном пространстве
.1. Обзор экспериментальных и теоретических работ по распространению струй в
траниченном пространстве. Эффект Коанда
.2. Основные режимы течения при распространении плоских турбулентных струй в
аналах
.3. Поперечное истечение двумерной струи в канал
.4. Распространение двумерных струй в протяженном канале при продольном стечении
лава IV. Полуограннченное струйное течение со свободной границей
рнвулет

4.1. Обзор экспериментальных и теоретических работ. Основные области приложения. Описание эксперимента
4.2. Характеристики безволнового ривулета. Режимы течения
4.3. Волновые характеристики ривулета. Естественные и возбужденные волны. Управление волновой структурой
4.4. Течение ривулета в присутствии турбулентного газового потока
Глава V. Изотермическое моделирование аэродинамики факельных
топочных камер и элементов энергетического оборудования
5.1. Изотермическое моделирование аэродинамики факельно-вихревой топки
5.2. Моделирование аэродинамики топок котлов Е-160-3,9-440,
Е-100-3,9-440 и асимметричной газовой горелки
5.3. Распространение турбулентных струй в регулярных упаковках
цилиндрических элементов
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Струйные течения, ограниченные твердыми поверхностями, являются одной из наиболее часто встречающихся форм организации эффективного тепломассообмена. Причина этого - одной стороны, в удобстве и простоте технической реализации струйных тепломассообменных аппаратов, а с другой - в чрезвычайно высокой интенсивности процессов переноса, обеспечивающейся особенностями, присущими струйным течениям. Одним из наиболее часто встречающихся видов ограниченных струйных течений являются импактные струи, т.е. струи, соударяющиеся с нормально или под углом расположенной твердой поверхностью. Струйный нагрев и охлаждение применяются в металлургии, энергетике и энергетическом машиностроении, пищевой промышленности и радиоэлектронике, в том числе, для охлаждения нагревающихся элементов интегральных микросхем и мощных процессоров. К областям практического применения импактных струй можно также отнести и авиационную технику - это системы защиты летательных аппаратов от обледенения, очистка взлетно-посадочных полос и дорог от снега и наледи, предотвращение их разрушения от струй реактивных двигателей.
Широко распространенным типом ограниченных струйных течений являются присоединенные струи, т.е. струи, отклонившиеся от своего первоначального направления из-за возникновения поперечного градиента давления, появляющегося вследствие различий условий эжекции с разных сторон струи (эффект Коанда). Такие течения характерны для замкнутых объемов (камеры сгорания, химические реакторы, вентилируемые помещения и т.д.) и условия распространения струй в ограниченном пространстве зачастую определяют интенсивность и эффективность протекающих процессов.
Отдельный вид ограниченных струйных течений - двухфазные полуограниченные струи жидкости - ривулеты, представляющие собой локализованные жидкие пленки, ограниченные контактной линией. Данный вид течений является характерным для двухфазных тепломассообменных аппаратов -теплообменников, конденсаторов и т.д.
Широта практического применения ограниченных струйных течений обуславливает необходимость изучения фундаментальных физических эффектов и звлений, их сопровождающих. Ограниченные струи являются универсальным объектом щя тестирования математических моделей турбулентных течений. В различных областях потока имеют место свободные и пристенные сдвиговые слои, развиваются и взаимодействуют с твердой поверхностью крупномасштабные когерентные структуры,

1.2.5.3. Эффект конечного размера области
При расчёте корреляционной функции необходим также учет эффекта конечного размера области. Этот эффект проявляется в смещении максимума корреляционного пика в сторону нуля (см. рис. 1.2.б.). Смещение происходит вследствие неявного умножения корреляционной функции на свёртку F] из весовых функций W’ и W” (см. рис. 1.2.7.), которая имеет либо треугольную форму при “окнах” равного размера, либо форму трапеции, в случае если размеры “окон” различны. Ошибка, связанная с этим смещением, может превышать 0.1 пикселя, и давать существенный вклад в общую ошибку измерения. Данную ошибку можно компенсировать, например, путём деления итоговой корреляционной функции на F/ или выбором одной из расчётных областей большего размера.
1.2.6. История развития метода
Активное исследование численных методов обработки PIV изображений началось в первой половине 80-х годов. Из числа первых работ, посвященных численному анализу движения жидкости с примесью частиц-трассеров, можно назвать статью Utami, Ueno (1984) Первые попытки использовать численные методы в обработке PIV изображений (Kimura, Takamory, 1986) были встречены скептически, вследствие низкого пространственного разрешения по сравнению с традиционным фотографическим методом. При этом основным аргументом против нового метода называли недостаточную точность в расчёте смещения - до 0.5 пикселя (Hesselink , 1988), где под пикселем понимается размер минимального элемента изображения (например, элемента ПЗС-матрицы цифровой камеры). Несколькими годами позже были найдены пути разрешения этого ограничения с использованием подпикселыюй интерполяции определяемого смещения. Используя интерполяцию, удалось добиться точности в 0.1 пикселя (Willert,. Charib, 1991). Однако ранние подходы к обработке PIV изображений, в основном, копировали оптические методы анализа, основанные на технике обработки интерференционных картин (Kean, Adrian, 1992).
Как уже было отмечено выше, основы теории обработки PIV изображений были заложены профессором Адрианом (Ronald J. Adrian). В его работе (Adrian, 1988) впервые был описан алгоритм получения значений автокорреляционной функции для изображений с двойной экспозицией. На основе этой работы были сформулированы так называемые нормы проектирования, или правила выбора оптимальных параметров для проведения эксперимента и обработки данных (Kean, Adrian, 1990). Позже теория была