Физико-математические модели и численные исследования трансформации массового спектра облачных капель за высокоскоростным летательным аппаратом

• Автор: Здор, Александр Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Жуковский
• Количество страниц: 174 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Список основных обозначений
Введение
1. СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ ЭВОЛЮЦИИ
ПОЛИДИСПЕРСНОГО КОНДЕНСАТА
1.1. Физические и прикладные аспекты моделирования
многофазных течений
1.2. Основные допущения и оценки их адекватности при построении
моделей динамики диспергированного вещества
1.3. Физические процессы в одиночной частице
1.3.1. Фазовые переходы
1.3.2. Аэродинамическое воздействие несущего потока на частицы
1.4. Коагуляция и дробление частиц
1.4.1 Методы описания эволюции полидисперсных включений
1.4.2. Описание исходов парного взаимодействия капель
1.4.3. Источниковые члены в уравнении эволюции функции
распределения частиц по радиусам
1.4.4. Уравнение эволюции массовой концентрации
фракции полидисперсного конденсата
1.4.5. Вывод уравнений эволюции импульса фракций
1.4.6. Вывод уравнений эволюции полной удельной энергии фракций
1.4.7 Система уравнений эволюции полидисперсного конденсата
в случае конечного количества фракций
1.5. Выводы по главе
2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДИСПЕРГИРОВАННОГО
ВЕЩЕСТВА С ТУРБУЛЕНТНОЙ НЕСУЩЕЙ СРЕДОЙ
Введение
2.1. Основные задачи и методы описания динамики частиц
в турбулентных потоках
2.2. Броуновское движение
2.2.1. Эволюция одиночной броуновской частицы
2.2.2. Частота взаимных столкновений в системе броуновских частиц
2.3. Инерционные частицы в поле турбулентных пульсаций

скорости несущей среды
2.3.1. Эволюция одиночной частицы
2.3.2. Оценка частоты взаимных столкновений капель,
вовлечённых в пульсационное движение
2.3.3. Диффузионные слагаемые в системе уравнений эволюции
полидисперсного конденсата
2.4. Выводы по главе
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО АНАЛИЗА
Введение
3.1. Течения газа
3.1.1. Тестовые одномерные задачи
3.1.2. Обтекание плоской пластины потоком сжимаемого
вязкого теплопроводного газа под углом атаки
3.2. Результаты расчета параметров полидисперсного конденсата
вблизи поверхности и в следе за плоской пластиной
3.2.1. Разные фракции в рамках одного режима «на бесконечности»
3.2.2. Влияние числа Маха набегающего потока
3.2.3. Влияние угла атаки набегающего потока
3.2.4. Влияние учета процессов коагуляции/дробления капель...:
3.3 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
/ - время;
г - радиус-вектор в физическом пространстве; х,у,г - декартовы прямоугольные координаты; кв — постоянная Больцмана.
Несущий газ:
р, р,Т - плотность, давление, температура; и - вектор осреднённой скорости;
и1, и2, и3 - компоненты вектора и в системе координат (х, у, г);
- коэффициент молекулярной динамической вязкости;
Я - газовая постоянная;
сх>ср- удельные теплоёмкости;
у = ср /су - отношение удельных теплоёмкостей газа.
Дисперсная фаза:
а - радиус шаровой частицы;
пга - масса частицы;
ри, - плотность воды;
с№ - удельная теплоёмкость воды;
— удельная теплота испарения воды;
а№ - коэффициент поверхностного натяжения воды; р„, - коэффициент динамической вязкости воды;
- коэффициент теплопроводности воды;
уа,(уЛ.) - вектор осреднённой скорости частиц радиуса а (фракции 5); у/, у3„ - компоненты вектора Vа в системе координат (х, у, г);
Та - среднеобъёмная температура частицы; па - числовая концентрация частиц радиуса а; ра - массовая концентрация частиц радиуса а;
Св - коэффициент аэродинамического сопротивления шаровой частицы;

следе”. Как следствие, требуется достаточно большие расчётная область и сетка (ЛА и несколько характерных размеров вниз по потоку). Даже при малом количестве фракций конденсата вычислительные затраты становятся очень существенными, приближаясь к границе возможностей современных ПЭВМ (особенно при использовании метода установления для плоских и трёхмерных задач). Поэтому представляется целесообразным отдать предпочтение простым вариантам интерполяции. Этим требованиям простоты и адекватности удовлетворяют, например, формулы типа “параллельных проводимостей”, проверенные при дозвуковых режимах обтекания капель [111]:
шгоС
У них существуют условия пригодности:
Л'Й»Л/С, Кп«1;
Кп»1,
хорошо выполняющиеся при малых числах Маха обтекания частиц конденсата. В достаточно широких диапазонах чисел Маха (0,1 < Ма < 3,4) и Рейнольдса
(1 < Ке < 103) значения числа Нуссельта, получаемые на основании данной интерполяции, находятся в хорошем соответствии с экспериментальными результатами [27, 103].