Численное моделирование тепломассопереноса в газо-парокапельных потоках

• Автор: Пахомов, Максим Александрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 133 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕ-

СКИХ РАБОТ ПО ТЕЧЕНИЮ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ

1.1. Современное состояние вопроса

1.2. Экспериментальные исследования двухфазных потоков

1.3. Теоретические работы по исследованию двухфазных потоков

1.4. Численное исследование тепло- и массообмена в 27 двухфазных потоках

Выводы

ГЛАВА 2. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ РАС-

ЧЕТА ДВУХФАЗНЫХ ГАЗО-ПАРОКАПЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСОМ
2.1. Физическая модель задачи
2.2. Основные уравнения
2.3. Модели турбулентности
2.4. Вычислительные процедуры
2.5. Тестирование расчетной модели
Выводы
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕНА В ЛА-
МИНАРНЫХ ГАЗО-ПАРОКАПЕЛЬНЫХ ПОТОКАХ
3.1. Теоретическое исследование ламинарного стабилизированно- 64 го парокапельного потока
Выводы
3.2. Численное исследование тепломассообмена при ламинарном 69 течении газо-парокапельной системы в трубе

3.3. Численное исследование теплообмена при ламинарном обте-
кании газо-парокапельным потоком плоской изотермической пластины
Выводы
ГЛАВА 4. ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ ГАЗО-КАПЕЛЬНЫХ
СИСТЕМ В ТРУБАХ
4.1. Физическая модель
4.2. Результаты расчетов теплообмена для газо-парокапельного 91 потока в трубе и сопоставление с опытными данными
Выводы
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОЙ ПРИСТЕННОЙ
ГАЗОКАПЕЛЬНОЙ ЗАВЕСЫ
5.1. Постановка задачи и тестовые расчеты для однофазной газо- 104 вой пристенной струи
5.2. Численное исследование влияния различных факторов 108 на двухфазную пристенную завесу
5.3. Сопоставление с экспериментальными данными
Выводы
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Ключевые слова. Численное моделирование, тепломассообмен, испарение капель, двухфазные системы, ламинарный и турбулентный режим течения, пристенные газокапельные завесы, эффективность завесы.
Работа посвящена численному исследованию тепломассообмена и гидродинамики течения в двухфазных газо-парокапельных потоках при ламинарном и турбулентном режимах течения на пластине и в трубе.
Актуальность темы. Многофазные и, в частности, двухфазные течения встречаются во многих природных явлениях и широко используются в современной технике. К числу наиболее важных технических приложений двухфазных течений относятся распыление жидких частиц топлива и защита рабочих поверхностей в двигателях, использование в теплоэнергетике и в системах кондиционирования воздуха.
В современной технике применяется большое число различных промышленных устройств, работа которых связана с теплообменом при течении газа со взвешенными каплями жидкости. Такой способ организации течения является одним из наиболее эффективных методов интенсификации теплообмена. При этом важно, что достаточно сильные эффекты интенсификации достигаются при относительно малых массовых концентрациях жидкости. Как правило, массовое содержание жидкой фазы не превышает несколько процентов, а интенсивность теплообмена повышается в 3-к5 раз. Важным и вместе с тем малоизученным является вопрос о влиянии испарения капель в парогазовых потоках на интенсивность процессов переноса при ламинарном и турбулентном течении туманообразного потока.
Цель настоящей работы:

ГЛАВА 2. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ РАСЧЕТА ДВУХФАЗНЫХ ГАЗО-ПАРОКАПЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСОМ
2.1. Физическая модель задачи
Рассмотрено стационарное неизотермическое течение паровоздушного потока с монодисперсными сферическими каплями. Будем полагать, что плотность жидких капель существенно превосходит плотность несущей среды (пара или паровоздушной смеси). Вследствии малого объемного содержания жидкой фазы (Фі~10"4«1) столкновения капель между собой учитывать не будем [56]. Капли не дробятся [27], не происходит их коагуляции и межчастичных столкновений [56,57].
Капли достаточно мелкие (диаметр di<100 мкм), поэтому в потоке не происходит их дробления и коалесценции, т.к. число Вебера, построенное по межфазной скорости We=(U-UL)2d/GL=lCf^-1 ОД где aL- коэффициент поверхностного натяжения жидкости, меньше, чем критическое число Вебера по приведенным в [27] данным, Wec~7. Капли считаются сферами с неподвижными границами, т.е. число Лапласа Lp=pdaL/u2»l. При течении двухфазного потока обратным влиянием капель на структуру турбулентного течения можно пренебречь при объемной концентрации дисперсной фазы Ф<0,1%. согласно данным [56].
Отметим, что двухфазных потоков с моно дисперсными каплями реально не существует, так как в дисперсной среде всегда существует распределение капель по размерам, обычно задаваемое в виде функции распределения f(r). Наиболее часто применяется нормально-логарифмический закон распределения [ 100]