Имитационное моделирование температурной стратификации закрученных потоков в вихревых хладогенераторах

• Автор: Пархимович, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 124 с. : ил.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВТ - вихревая труба;
ВЭ - вихревой эффект;
ТБК - термобарокамера;
ТО - теплообменник;
ЭЖ - эжектор;
CFD - computational fluid dynamics (вычислительная гидрогазодинамика).

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СТРУКТУРА ТЕЧЕНИЯ В ВИХРЕВОЙ ТРУБЕ
1.1 Принцип действия вихревой трубы
1.2 Экспериментальные исследования эффекта Ранка-Хилша
1.2.1 Среднеинтегральные характеристики вихревых труб
1.2.2 Макроструктура потока в вихревой трубе
1.3 Теоретические исследования вихревого эффекта
1.4 Математическое моделирование вихревого эффекта
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКОВ В ВИХРЕВЫХ ТРУБАХ
2.1 Особенности моделирования турбулентных течений
2.2 Выбор уравнений математической модели
2.2.1 Уравнения движения
2.2.2 Уравнение неразрывности
2.2.3 Уравнение энергии
2.2.4 Модель турбулентности
2.2.5 Уравнение состояния
2.2.6 Критериальная база подобия течений в вихревых трубах
2.3 Решение системы уравнений математической модели
2.3.1 Расчетная сетка, начальные и граничные условия
2.3.2 Оценка погрешности численного эксперимента
2.3.3 Результаты решения математической модели с учетом турбулентности течения газа в вихревой трубе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА В ВИХРЕВОЙ ТРУБЕ
3.1 Цель экспериментальных исследований
3.2 Экспериментальный стенд
3.2.1 Объект испытаний
3.2.2 Схема измерений режимных параметров вихревой трубы

3.3 Средства измерений и их метрологическая оценка
3.3.1 Гребенки термопар
3.3.2 Мерная шайба входного канала
3.3.3 Система сбора и записи информации
3.3.4 Тарировка средств измерений '
3.3.5 Оценка погрешности экспериментального исследования
3.4 Обработка экспериментальных данных
3.5 Анализ результатов экспериментального исследования
3.5.1. Интегральные характеристики работы вихревой трубы
3.5.2 Моделирование двухступенчатой системы вихревых труб
3.5.3 Радиальные поля полной температуры
3.5.4 Сравнение экспериментальных данных и результатов расчета математической модели
ГЛАВА 4. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕРМОБАРОКАМЕРЫ
4.1 Упрощенная физическая модель
4.2 Имитационная модель вихревого эффекта
4.3 Методика расчета основных геометрических параметров вихревой системы охлаждения
4.4 Проектирование системы охлаждения ТБК
4.5 Анализ параметров системы охлаждения
4.6 Сравнительный анализ аммиачной и вихревой систем охлаяедения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

движения. Поэтому она не является постоянной величиной, а может изменяться как в пространстве, так и во времени. Важно также отметить, что даже на небольших удалениях от твердых границ турбулентная вязкость существенно превосходит физическую: ,ит » Ц
В целом для турбулентного потока можно записать:
йи сіп
"»ТуТу (2-И)
Дальнейшее изучение механики турбулентности не приводило к получению новых закономерностей до 1904 года, когда Прандтль обнаружил пограничные слои. В 1925 году Прандтль предложил модель «длины смешения» [66], в которой присутствовало алгебраическое соотношение для турбулентных напряжений.
, сіп
(2.12)

Таким образом была получена первая алгебраическая математическая модель турбулентности.
Усовершенствовав алгебраическую модель в 1945 году Прандтль предложил новую нелинейную модель турбулентности, предполагающую зависимость турбулентной вязкости от турбулентной кинетической энергии
к=-(и'и'+и'и'+со'со'), в виде дифференци&яьного уравнения переноса.
дрк д(ри к) ди, ди’, ди д -*— +--— = г,—'—и— *- +
д( 8xJ 2 дх} дхк дхк бх]

М— ~Риии' -р'и',

дрк д(Ри к) ди д
—— + — = т
ді дх] 7 дх, дх;
р дк н+—— сг, дх,
(2.13)
(2.14)
Для описания турбулентности одним дифференциальным уравнением переноса требуются значения параметров диссипации турбулентной энергии и турбулентной вязкости, определяемые эмпирическими зависимостями: