Численное моделирование теплогазодинамических процессов в газовых инфракрасных нагревателях

• Автор: Вологдина, Мария Сергеевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Е АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ К ИЗУЧЕНИЮ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА И ГАЗОДИНАМИКИ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ИНФРАКРАСНЫХ НАГРЕВАТЕЛЯХ
1.1. Анализ конструктивных особенностей инфракрасных нагревателей
1.2. Обзор существующих методик расчета параметров и характеристик систем лучистого отопления
1.3. Исследование возможности применения известных моделей турбулентности для расчета процессов, протекающих в трубах-излучателях инфракрасных нагревателей
1.4. Рассмотрение различных- подходов к математическому5 описанию процессов горения ;
1.5. Изучение методов решения задач гидродинамики
Основные выводы по главе
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ’¥-ОБРАЗНОМ ИНФРАКРАСНОМ НАГРЕВАТЕЛЕ С НЕКРУГЛОЙ ТРУБОЙ
2.1. Математическая модель расчета стационарных турбулентных течений-в
трубах-излучателях инфракрасного нагревателя
2.2 Моделирование процессов г теплообмена между элементами конструкции
инфракрасного нагревателя
2.3. Сопряженная-задача теплообмена в инфракрасном нагревателе
Основные выводы по главе
3. МЕТОДИКА- РАСЧЕТА СОПРЯЖЕННОЙ' ЗАДАЧИ ТЕПЛООБМЕНА В ИНФРАКРАСНОМ НАГРЕВАТЕЛЕ

3.1. Обоснование методики расчета задачи сопряженной теплообмена в инфракрасном нагревателе
3.2. Алгоритм расчета процессов в инфракрасном нагревателе
3.3. Численная реализация математической модели
3.3.1. Описание численного метода решения системы дифференциальных уравнений, описывающей гидродинамические процессы в инфракрасном нагревателе
3.3.2. Построение конечно-разностных уравнений, аппроксимирующих систему дифференциальных уравнений, описывающую процессы в горелочном устройстве инфракрасного нагревателя
3.3.3. Построение конечно-разностных уравнений, аппроксимирующих систему дифференциальных уравнений, описывающую процессы в излучателе инфракрасного нагревателя
3.4. Решение систем линейных алгебраических уравнений
3.5. Алгоритм решения системы теплового баланса
3.6. Метод расчета угловых коэффициентов излучения
Основные выводы по главе
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ8 СОПРЯЖЕННОЙ ЗАДАЧИ.ТЕПЛООБМЕНА В ИНФРАКРАСНОМ.НАГРЕВАТЕЛЕ
4.1. Исследование сходимости и адекватности численного метода решения
4.2. Результаты расчетов и параметрических исследований процессов, протекающих в горелочном устройстве инфракрасного нагревателя
4.3. Определение числа разбиений для. реализации сопряженной- задачи теплообмена
4.4. Результаты расчетов-для инфракрасного нагревателя с некруглой трубой
4.5. Параметрические исследования влияния конструкции инфракрасного нагревателя на равномерность прогрева- рабочей зоны под нагревателем и
распределение температур на стенках труб-излучателей и отражателя
Основные выводы-по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
Т - температура; р - давление; р - плотность;
у т, V, - молекулярная и турбулентная кинематическая вязкость; ат, р, - молекулярная и турбулентная динамическая вязкость;
X - теплопроводность;
/ - сохраняющееся свойство;
V - вектор скорости; х, г, ф — цилиндрическая система координат; и, V, - проекции вектора скорости на координатные оси (х, г, ф); ср, Су — коэффициенты удельной теплоемкости при постоянном давлении и объеме;
Л - удельная газовая постоянная;
М - число Маха;
Яе, Ре - числа Рейнольдса, Пекле;
1Чи, БЬ - числа Нуссельта, Шмидта;
С — концентрация горючего;
Су - концентрация окислителя; сі - диаметр;
Ь - характерный размер; т(у - тензор напряжений;
их - динамическая скорость;
5 у - символ Кронекера.
Подстрочные индексы
О - начальный параметр;

схема метода интегральных соотношений. В этой схеме вводятся сглаживающие функции, которые выбираются с учетом характера решения. Благодаря этому обстоятельству аппроксимирующая схема приближает решение лучше, чем в простой схеме метода интегральных соотношений.
Разностные схемы с повышенным порядком аппроксимации рассмотрены в работах Самарского [145, 146] и других авторов [147-151].
Рихтмайер и Мортон [140] строят общие основные теории для анализа вычислительных методов, применяемых в гидроаэродинамике, и обсуждают конкретные конечно-разностные методы, используемые для исследования невязкого сжимаемого потока. Роуч [21] исследует вязкое отрывное течение для условий сжимаемой или несжимаемой жидкости, но сосредоточивается при этом на конечно-разностных методах. В более позднее время Пейрет и Тейлор [152] рассмотрели вычислительные методы в применении к различным разделам гидроаэродинамики, делая- наибольший крен в сторону конечно-разностных и спектральных методов. Томассе [153]' и Гловинский [154] анализируют вычислительные методы, основанные на методе конечных элементов, а Флетчер [155] излагает технику применения конечно-элементных и спектральных методов.
К работам, дающим сколь-нибудь полное описание методов вычислительной гидродинамики и вполне удовлетворительно отражающих её современный уровень, следует отнести монографию [22] и пособие [15]. В этих трудах приводится обзор общих методов, пригодных для численного исследования любых разновидностей течения жидкости, и газа, а также описываются специальные методы, применимые к определенным классам гидроаэродинамических задач. К.одной из-первых специальных монографии по численному моделированию течений жидкости и газа с происходящими химическими реакциями относится работа [19],. в. которой представлены разнообразные . вычислительные методы для интегрирования дифференциальных уравнений жесткого типа, описывающих скорости