Обтекание тел потоком газовзвеси

• Автор: Циркунов, Юрий Михайлович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 363 с. : ил.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
• ВВЕДЕНИЕ
1. ОБТЕКАНИЕ ТЕЛ ПОТОКОМ СЛАБОКОНЦЕНТРИРОВАННОЙ ГАЗОВЗВЕСИ: ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
1.1. Инженерные и физические проблемы двухфазной аэроди-
( намики
1.2. Классификация и математическое моделирование основных типов течения примеси около лобовой поверхности затупленного тела
Ф 1.3. Основные допущения механики газовзвесей и проблема
адекватности
1.4. Моделирование отскока твердых частиц примеси от поверхности
I 1.5. Выводы по главе
2. ЧИСЛЕННАЯ МОДЕЛЬ РЕГУЛЯРНОГО ДВИЖЕНИЯ СРЕДЫ МОНОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ
2.1. Полный лагранжев подход
2.2. Модели силового взаимодействия фаз
2.3. Методы численного интегрирования уравнений движения примеси
*Ф 2.4. Выводы по главе
3. ЭФФЕКТЫ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ В ЗАДАЧАХ ДВУХФАЗНОЙ АЭРОДИНАМИКИ
3.1. Построение полей параметров вязкого несущего газа около
тел при больших числах Рейнольдса
3.2. Особенности обтекания частиц примеси в пограничном слое. Модель силового воздействия несущего газа на дисперсную частицу
3.3. Исследование течения примеси в пограничном слое на затупленном теле
Ф 3.4. Классификация кинематических картин течения тонкодисперсной примеси в неизотермическом пограничном слое около точки торможения

3.5. Выводы по главе
4. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОСАЖДЕНИЯ ПРИМЕСИ НА ЛОБОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛ
4.1. Метод расчета плотности массового потока полидисперсной
► примеси и функции его распределения по фракциям в произвольной точке лобовой поверхности
4.2. Численное исследование характеристик осаждения моно-дисперсной примеси
4.3. Численное исследование характеристик осаждения поли-дисперсиой примеси в критической точке
( 4.4. Выводы по главе
5. БЕССТОЛКНОВИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ПРИМЕСИ ОКОЛО ТЕЛ ПРИ ОТСКОКЕ (ОТРАЖЕНИИ) ЧАСТИЦ ОТ ПОВЕРХНОСТИ
ф 5.1. Новая полуэмпирическая модель ударного взаимодействия
твердых частиц с поверхностью тела
5.2. Регулярное течение монодисперсной примеси около тел
5.3. Интерференция аэродинамических профилей решетки через
► дисперсную фазу
5.4. Влияние полидисперсности примеси и рассеяния частиц при их отскоке от шероховатой поверхности на течение дисперсной фазы
5.5. Выводы по главе
6. ДВИЖЕНИЕ ПРИМЕСИ ОКОЛО ТЕЛ ПРИ СТОЛКНОВЕНИЯХ МЕЖДУ ЧАСТИЦАМИ
ф 6.1. Кинетическая модель столкновителыюго ’’газа” частиц
и метод Мопте-Карло
6.2. Анализ результатов численного исследования течения столкновительной примеси около цилиндра
6.3. Влияние примеси на течение несущего газа
6.4. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
£ - время;
г - радиус-вектор в физическом пространстве; х, у - декартовы или погранслойные координаты;
91) 92) 9з — общие криволинейные ортогональные координаты в физическом пространстве;
£з - лагранжевы координаты при описании континуума дисперсной фазы;
V - скорость несущего газа;
и,у - компоненты скорости газа в системе координат (ж, у); р (в некоторых случаях р°) - физическая плотность газа; р - давление;
Т - температура;
р - коэффициент динамической вязкости; и - коэффициент кинематической вязкости к - коэффициент теплопроводности газа;
3? - газовая постоянная;
7 = ср/су - отношение удельных теплоемкостей газа;
Л - средняя длина свободного пробега молекул в газе; гр - радиус частицы; тр - масса частицы;
/р - момент инерции частицы; р° - плотность вещества частицы;
кр - коэффициент теплопроводности вещества частицы;
с° - удельная теплоемкость вещества частицы;
ур - поступательная скорость частицы;
ир,ур - компоненты ур в системе координат (х,у);
шр - угловая скорость вращения частицы;
Гр - температура частицы; ар - объемная концентрация примеси; рр - средняя плотность примеси в двухфазной смеси; пр - счетная (числовая) концентрация частиц в смеси; а - характерный линейный размер тела (радиус затупления в передней точке; радиус цилиндра и сферы);
£ - полная сила, действующая на частицу со стороны несущей среды; Го - сила аэродинамического сопротивления;
- сила Архимеда;
хаотической компоненты примеси как идеального газа с собственным давлением, а динамики всей газовзвеси как движения совокупности четырех взаимопроникающих и взаимодействующих континуумов: несущего газа и трех сортов частиц (в, г и £). Для замыкания системы уравнений, в частности, для описания 5-<иг-4 переходов использовались элементы кинетической теории. Хотя предложенная в [118] модель не является дедуктивно строгой, она позволила впервые удовлетворительно описать такое явление, как уменьшение эрозионного разрушения тела в двухфазном потоке за счет эффекта экранирования обтекаемой поверхности облаком отраженных и хаотически движущихся частиц.
В другом цикле исследований [69, 70] за основу описания динамики примеси было взято обобщенное уравнение Больцмана с обычным интегралом столкновений внутри ’’газа” частиц. Дальнейшее применение метода Чепмена-Энскога позволило сформулировать достаточные условия перехода к гидродинамическому описанию среды хаотически движущихся частиц и получить замыкающие соотношения (описывающие взаимодействие между фазами) для уравнений переноса в нулевом приближении. Для несущего газа с самого начала была принята модель сплошной среды, описываемая уравнениями Эйлера с источниковыми членами, учитывающими межфазное взаимодействие. В рамках такой по существу двухконтинуальной среды было исследовано течение около лобовой поверхности сферы при натекании на нее однородного сверхзвукового потока газовзвеси. В этом случае перед сферой возникают две головные ударные волны: одна - в несущем газе, другая - в среде частиц (внутри ударного слоя). Качественно полученная структура течения совпадает с результатами статьи [124], где использовалась также двухконтинуальная модель, включающая несущий газ и £ -частицы.
Третий цикл исследований обтекания тел потоком запыленного газа с учетом столкновений между частицами в возмущенной области принадлежит автору диссертации и его аспиранту (ныне сотруднику) А.Н.Волкову [48, 49, 50, 44, 294, 51, 52, 53, 287, 295, 296, 298, 299]. Авторами были развиты кинетическая и численная модели для описания динамики среды сталкивающихся частиц. Движение моно- и полидис-персной примеси в поле течения несущего газа около различных тел моделировалось методом Монте-Карло. Был рассмотрен переходный по числу Кнудсена в ’’газе” частиц режим течения примеси. Учитывались только парные столкновения, которые описывались уравнениями изменения импульса и момента импульса для каждой частицы. Для замыкания системы уравнений вводились два коэффициента восстановления