Численное и физическое моделирование процессов энерго и фазоразделения в вихревых трубах

• Автор: Соловьев, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 155 с. : ил.

ОГ ДАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ

Общая характеристика работы

Глава 1. Анализ выполненных работ по исследованию вихревого эффекта

Введение

1.1 Основные определения ,

1.2 Классификация вихревых труб

Противоточные вихревые трубы

Однопоточные вихревые трубы

1.3 Параметрические исследования вихревой трубы

1.4 Обзор экспериментальных работ по исследованию вихревого
эффекта
1.5 Обзор теоретических и численных работ по исследованию вихревого
эффекта
1.6 Заключение
Экспериментальные работы
Теоретические и численные работы
Глава 2. Моделирование механизма вихревого энергоразделения
2.1 Гипотезы вихревого энергоразделения
2.2 Процесс энергетического разделения
Торможение газового потока
Гипотеза Шепера
2.3 Изобарная теплоемкость
2.4 Эффект дросселирования. Эффект Джоуля-Томсона
2.5 Математическая модель течения газа в вихревой трубе
Уравнение неразрывности. Уравнение движения
Теплопередача
Теплофизические свойства
Модели турбулентности
Граничные условия
2.6 Работа вихревой трубы на газожидкостных смесях
2.7 Образование пленочного течения в закручивающем устройстве
2.8 Математическая модель двухфазного течения в постановке Эйлера
Межфазная передача импульса
Межфазный перенос энергии
Многофазная турбулентная модель. Модель к-е для больших чисел Рейно л ьдса
Глава 3. Численное моделирование процесса вихревого энергоразделения
3.1 Общие принципы методики моделирования
Основной процесс моделирования
Пространственное описание и дискретизация объемов
Построение сетки
Задание параметров течения и свойств материала
Начальные условия
Граничные условия
Контроль за численным решением
3.2 Построение расчетной области
Задание граничных и начальных условий
Задание параметров решателя
Задание переменной теплоемкости
Оценка погрешности численных расчетов
3.3 Результаты численного моделирования
Верификационный расчет процесса дросселирования
3.4 Результаты численного моделирования процесса энергоразделения
в вихревой трубе
Глава 4. Экспериментальные исследования явления вихревого энергоразделения
4.1 Объект испытаний
4.2 Базовая система измерений
4.3 Оценка погрешностей измерений
Г ребенка термопар
Приемник воздушного давления
Входная мерная шайба
4.4 Система сбора и записи информации
Краткое описание модулей 1-7018 и 1-7017
Информационно-измерительная система
4.5 Исследования интегральных параметров температурной

эффективности вихревой трубы
4.6 Исследование полей скорости в камере энергоразделения
4.7 Исследование полей температуры в камере энергоразделения
4.8 Исследование работы вихревой трубы, при работе на газожидкостной
смеси
Основные выводы и результаты
Список используемой литературы

и ASM модели. Расчеты показали, что использование обеих моделей дает достаточно точную качественную картину, но ASM модель дает более точную численную модель. Наконец, вычисления с последовательным исключением элементов уравнения энергии показали, что перераспределение средней кинетической энергии имело существенное влияние на максимальное температурное разделение, наблюдаемое возле вводных сопел. Вниз, по потоку, на значительном удалении от вводных сопел температурное разделение тоже было значительным. Для большинства найденных в литературе численных решений используются модели турбулентности первого порядка, которые считаются неприменимыми для пространственных, сжимаемых потоков вихревой трубы.
Соловьев A.A., Турин С.В. и др. [101, 102] используя академический код CFD пакета COSMOS, производили моделирование работы вихревой трубы на режиме /и = 1. Их результаты имели достаточно высокую сходимость с экспериментальными данными, на данном режиме работы, к тому же был смоделирован изотермический режим вихревого регулятора давления газа.
Используя коммерческий код STAR-CD и суперкомпьютер УГАТУ, Соловьев A.A. с высокой точностью смоделировал эффект энергоразделения в вихревой трубе, практически на всех режимах работы по параметру р. Используемые в работе к-є и RNG модели турбулентности не показали заметной разницы.
1.6 Заключение
Экспериментальные работы
В основном, все экспериментальные исследования вихревой трубы можно разделить на две группы. Исследователи, придерживающиеся первой группы, изучают влияние различных геометрических параметров на работу и эффективность вихревой трубы. Вторая группа исследователей делает упор на изучение механизма энергетического разделения в вихревой трубе,