Численное моделирование нестационарного теплообмена в задачах пористого охлаждения плазмотрона

• Автор: Коновалов, Дмитрий Альбертович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 179 с.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ВВЕДЕНИЕ

1 .СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО ПРОБЛЕМЕ ПОРИСТОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

1.1 Методы защиты теплонапряженных поверхностей энергетических установок

1.2 Об использовании пористых элементов в системах охлаждения энергоустановок

1.3 Анализ подходов к моделирование нестационарного теплообмена в пористых средах

1.4 Выводы и задачи исследования

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОРИСТЫХ СТРУКТУР

2.1 Постановка задачи

2.2 Численное решение задачи нестационарного теплообмена в

условиях локального теплового равновесия ,

'. ' ;Л » 1 * -
2.2.1 Применение схемы с центральными разностями для численного решения уравнения теплообмена
2.2.2 Особенности использования метода "классики" при численном расчете полей температур в ПТЭ
2.2.3 Применение неявных методов для численного решения уравнения нестационарного теплового состояния пористой среды
2.3 Численное моделирование нестационарного теплообмена при наличии разности температур между пористой матрицей и охладителем
2.3.1 Применение схемы с центральными разностями для расчета двухтемпературной модели
2.3.2 Использование схемы "классики" при расчете температур

пористой матрицы и охладителя
2.3.3 Особенности схемы Мак-Кормака для расчета поля температур в ПТЭ
2.4 Выбор метода расчета теплового состояния пористой среды
2.5 Вычислительный эксперимент
3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ФАЗОВОМ ПЕРЕХОДЕ В ПОРИСТОЙ СТЕНКЕ
3.1 Постановка задачи
3.2 Численное решение задачи о фазовом переходе в пористой стенке
3.3 Расчет теплового состояния пористой среды
4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ПЛАЗМОТРОНА
4.1 Описание экспериментальных моделей
4.2 Описание экспериментальной установки для исследования гидродинамики течения охладителя в пористых структурах. Методика проведения опытов и обработки опытных результатов
4.3 Опытно-промышленная установка для исследования теплообмена в пористых теплообменных элементах
4.3.1 Описание традиционной системы охлаждения
4.3.2 Описание опытно-промышленной установки
4.3.3 Описание системы охлаждения с использованием систем с развитой поверхностью
4.3.4 Проведение тепловых испытаний
4.4 Практическое применение системы пористого охлаждения ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

Т - температура пористой среды, К;
Т - безразмерная температура;
с/ - характерный размер (толщина пористого элемента), м;
3Л - проекция скорости фильтрации на ось X, м/с;
3); - проекция скорости фильтрации на ось У, м/с;
Б д. - проекция безразмерной скорости фильтрации на ось X;

Б у - проекция безразмерной скорости фильтрации на ось У;
Зо - характерная скорость фильтрации, м/с;
3 - вектор скорости; т - текущее время, с;
т - безразмерное время;
х,у,г - прямоугольные координаты, м;
Тт - температура пористой матрицы, К;
0 - температура охладителя, К;
П - пористость элемента;
а, (5 - вязкостный и инерционный коэффициенты сопротивления пористой матрицы, м'2, м"1.
А,эф - эффективный коэффициент теплопроводности пористой среды,
Вт/м ■ К;
С эф ‘ эффективная теплоемкость пористой среды, Дж/кг • К;
9эф ~ эффективная плотность пористой среды, кг/м'' ;
Сох - теплоемкость охладителя, Дж/кг- К;

экспериментальных исследованиях внутреннего теплообмена и гидродинамики.
Согласно разработанной теории внутренний теплообмен определяется различным механизмом для четырех диапазонов изменения критерия Рейнольдса теплоносителя.
Наряду с работами по исследованию теплообмена при однофазном течении охладителя имеются работы содержащие описание двухтемпературных моделей теплообмена при наличии фазовых переходов.
Поляев В.М., Кичатов Б.В. в [91] предложили модель кипения жидкости на пористой поверхности, толщина которого совпадает с характерным размером пор. Авторами получено выражение для определения величины начального перегрева жидкости. Опираясь на имеющиеся теоретические разработки авторы [92] предприняли попытку разработать методику численного расчета коэффициента теплоотдачи. Получено удовлетворительное согласование расчетных значений с опытными данными. Для расчета была принята модель пузырькового кипения жидкости, описанная в [91, 93].
В работе [94 - 98] рассматриваются результаты экспериментального исследования теплообмена при парообразовании в спеченных из медного порошка капиллярных структурах с макропорами, образующими каналы для удаления пара. Предложены модели кипения жидкости на поверхности с пористым покрытием при высоких и малых температурных напорах.
Поляевым В.М. и Кичатовым Б.В. [99] проведено обобщение работ посвященных исследованию теплообмена на поверхностях с пористым покрытием. Предложена полуэмпирическая модель для описания кривой кипения на поверхностях с пористыми покрытиями. Найдены условия, соответствующие смене режимов кипения.
Там же проведена оценка разности температур пористой матрицы и вскипающего охладителя.