Исследование эволюции паровых пленок на поверхностях нагретых тел, погруженных в жидкости

• Автор: Дергунов, Иван Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Цель работы
Научная новизна
Автор защищает
Практическая ценность
ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
Апробация работы
Публикации
Структура и объем работы
1 .ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 .СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
1.1.1 .Существующие подходы к рассмотрению эволюции паровых пленок на нагревателях II
1.1.2. Экспериментальные исследования взаимодействия горячих объектов с жидкостью
1.2.ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА
1.2.1. Эволюция пленки пара при известной тепловой нагрузке на нагревателе
1.2.2. Эволюция паровой пленки при заданной температуре нагревателя
1.3.Особенности построения математической модели процесса эволюции
1.3.1 .Неравновесные эффекты вблизи межфазной поверхности
1.3.2.Изменение температуры межфазной поверхности
1.3.3. Основные подходы к описанию эволюции паровой полости на нагревателе
2.МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ЭВОЛЮЦИИ ПАРОВОЙ ПЛЕНКИ. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ
2.1. Сферическая задача
2.1.1 .Построение математической модели
2.1.2. Приведение к безразмерному виду и выбор масштабов
2.2.Цилиндрическая задача
2.2.1 .Построение математической модели
2.2.2.Приведение к безразмерному виду и выбор масштабов
2.3.МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ, ОПИСЫВАЮЩИХ ЭВОЛЮЦИЮ ПАРОВОЙ ПЛЕНКИ
2.3.1 .Решениеуравнения движения межфазной поверхности
2.3.2. Решение нестационарного уравнения переноса тепла для сверхтекучего гелия..
2.3.3.Решение нестационарного уравнения теплопроводности
2.3.4. Алгоритм решения системы
2.4.АНАЛИТИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОБ ЭВОЛЮЦИИ ПАРОВОЙ ПЛЕНКИ НА СФЕРИЧЕСКОЙ ЧАСТИЦЕ

3.РЕЗУЛЬТАТЫ РЕШЕНИЯ
3.1 .Сверхтекучий гелий
3.1.1. Модель с постоянной температурой межфазной поверхности
3.1.2.Модель с переменной температурой межфазной поверхности
3.2.ЖИДКИЕ МЕТАЛЛЫ
3.3.Вод а
3.4.Исследование воздействия внутренних параметров на решение задачи
3.4.1 .Неравновесные эффекты на межфазной поверхности
3.4.2.Дополнительное поддавливание
3.4.3.Теплоемкость и теплопроводность жидкости
3.4.4.Устойчивость стационарного решения
4.СОПОСТАВЛЕНИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ РЕЗУЛЬТАТАМИ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ПРОВЕРКЕ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ
4.1 .Кипение сверхтекучего гелия (Стационарный эксперимент)
4.2.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КАПЛИ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА, РАСПЛАВЛЕННОГО С02-ЛАЗЕРОМ, С ВОДОЙ
4.2.1.Постановка задачи
4.2.2.Расчет для чистого пара
4.2.3.Расчет для парогазовой смеси
4.2.4.Учет нагрева газа
4.2.5.Инициирующий импульс давления
4.2.6.Влияние нагрева жидкости
4.3.Взаимодействие оловянной капли с водой
4.4.ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО КИПЕНИЮ ГЕЛИЯ В УСЛОВИЯХ ОРБИТАЛЬНОЙ СТАНЦИИ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ОБОЗНАЧЕНИЯ
С— теплоемкость жидкости, Дж/кг-К;
/(Г) — эмпирическая функция Гортера-Меллинка; g — ускорение свободного падения, м/с2;
Б — глубина погружения, м; у — плотность потока массы; кг/м2-с; т — масштаб нормировки; р — давление, Па;
Р — безразмерное давление;
с] — плотность теплового потока, Вт/м2;
г — текущая координата, м;
7? — радиус паровой пленки, м;
— индивидуальная газовая постоянная, Дж/кг-К; Т — температура, К; и — скорость, м/с;
Греческие символы:
/3— коэффициент конденсации;
X —теплопроводность, Вт/м-К; г) —динамическая вязкость, Па-с;
V —кинематическая вязкость, м2/с; р—плотность, кг/м3; о —поверхностное натяжение, Н/м; т — время, с;
Индексы:
О — начальное состояние;
" — параметры пара;
' — безразмерные величины;
возмущенные параметры;
Ь — относится к параметрам на удалении;

принимает вид
Р" = Рз{Ті)
1 + 0
(1.4)
р5(Ті)-(2-КпТі)/
Уравнения (1.4) и (1.3) можно применять для анализа тепло и массопереноса через межфазную поверхность и для сверхтекучего гелия, и для обычных жидкостей. Эти соотношения позволяют связать тепловой поток, приходящий на границу раздела фаз и давление пара вблизи межфазной поверхности.
1.3.2. Изменение температуры межфазной поверхности
Описанные выше явления, происходящие в паровой пленке при взаимодействии сильно нагретого тела с жидкостью, приводят к нагреву жидкости вблизи межфазной поверхности из-за наличия термического сопротивления жидкой фазы. Для определения величины этого нагрева необходимо рассматривать процессы энергомассопереноса в жидкости.
Приведенные ниже допущения справедливы для всех жидкостей: для
обычных и для сверхтекучего гелия. Характерные особенности описания явлений энергомассопереноса в сверхтекучем гелии (Не II) и в классических жидкостях будут рассматриваться отдельно.
Так как практически все жидкости являются слабосжимаемыми, то жидкую фазу следует рассматривать как несжимаемую.
Как правило, температура межфазной поверхности близка к температуре жидкости Т( > Ть, поэтому можно пренебречь зависимостью теплофизических свойств от температуры.
Расчет процессов энергомассопереноса даже при таких допущениях осложнен тем, что положение границы пар-жидкость зависит от температуры и давления. Ее положение необходимо определять в каждый момент времени.
При этих допущениях на основе уравнений неразрывности и движения можно получить уравнение, описывающее движение межфазной поверхности.