Численное моделирование теплоотдачи высокоскоростных дисперсных потоков

• Автор: Магазинник, Лев Максимович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Особенности теплообменных процессов в пограничном слое высокоскоростных потоков

1.2. Основные характеристики двухфазных потоков и

их классификация

1.3. Численное моделирование дисперсных потоков

1.3.1. Интегральные уравнения

1.3.2. Эйлерово-лагранжевые модели дисперсного потока

1.3.3. Двухжидкостная модель дисперсного потока
1.3.4. Метод прямого численного моделирования
1.4. Проблемы теплообмена дисперсных, сверхзвуковых потоков
1.4.1. Теплоотдача дисперсного потока в трубах
1.4.2. Теплоотдача дисперсного потока в соплах
1.4.3. Температурная стратификация
1.5. Выводы по современному состоянию вопроса, постановка задачи исследования
Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Система уравнений теплоотдачи высокоскоростного дисперсного потока
2.2. Модель турбулентного переноса
2.3. Численный метод
2.4. Расчетная сетка
2.5. Условия устойчивости разностной схемы и выбор шагов интегрирования

2.6. Программа расчета пограничного слоя
2.7. Достоверность метода исследования. Тестовые расчеты
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Расчетные формулы обработки результатов численного исследования
3.2. Влияние теплового и аэродинамического воздействий частиц дисперсной фазы
3.3. Влияние числа Маха
3.3. Влияние продольного отрицательного градиента давления
Глава 4. ТЕМПЕРАТУРНАЯ СТРАТИФИКАЦИЯ В ДИСПЕРСНЫХ ПОТОКАХ
4.1. Устройство «Сверхзвуковая труба температурной
стратификации»
4.2. Обобщение результатов численного исследования
4.3. Расчетная модель
4.4. Влияние числа Прандтля в однородном потоке
4.5. Влияние теплового и аэродинамического воздействий частиц дисперсной фазы
4.6. Влияние числа Рейнольдса
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Приложение А. Методика определения коэффициентов ИМ, АХ, АС
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Т — термодинамическая температура, К;
Т* - температура заторможенного потока, К;
Тг - температура восстановления, К;
ср - удельная изобарная теплоемкость, ДжДкг К);
с3 - теплоемкость вещества частиц, ДжДкг К);
Л - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); р - давление заторможенного потока, МПа;
и, V — продольная, поперечная составляющая скорости потока, м/с; к - коэффициент теплопередачи, вДм2 К);
д — плотность теплового потока, Вт/м2 ; г — коэффициент восстановления температуры;
- интенсивность внутренних источников теплоты, Вт/м3 ; лу - интенсивность внутренних источников количества движения, н/м3 ;
С>, в — тепловое и аэродинамическое воздействия частиц;
Фаоо, ф7о0, фЛ - коэффициенты скольжения фаз по скорости, температуре, параметр инерционного выпадения частиц; g* - плотность массового инерционного потока конденсированных частиц к
стенке, юу/(м2 с|;
(3 - расходная концентрация;
с/ - коэффициент аэродинамического сопротивления конденсированной частицы;
с13 - диаметр конденсированной частицы, м;
/ — номер фракции конденсированных частиц, отличающихся размером; п - количество выделенных фракций конденсированных частиц, отличающихся размером;
а - коэффициент теплоотдачи, ВтДм2 - к|; у - показатель адиабаты;
ц - динамический коэффициент вязкости, Па с;
р — плотность несущей среды, кг/м3 ;
рв - плотность вещества частиц, кг/м3 ;
р5 - плотность конденсированной фазы в потоке, кг/м3 ;
М - число Маха;
Рг - число Прандтля;

занном выше диапазоне чисел Маха и Рейнольдса. Исследования, посвященные влиянию числа Маха на теплоотдачу в дисперсном потоке, автору не известны.
В работе [52] проведено численное исследование влияния интенсивности вдува в сверхзвуковой пограничный слой на коэффициент восстановления температуры. Отмечается, что результаты аналогичных расчетов [55] с различными моделями турбулентности не согласуются между собой и с экспериментальными данными. В работе [52] численные решения получены с использованием трехпараметрической модели турбулентности [19, 53, 54]. Предлагаемая зависимость удовлетворительно согласуется с известными экспериментальными данными. Относительный коэффициент восстановления в условиях вдува [52]
— = (1-0,046Л/). (1.65)

/° (рк)
Здесь Ьи = параметр проницаемости; /" = —— — относительная
81 (рп)1
интенсивность вдува; г0 = 0,875 — коэффициент восстановления температуры
при ]° = 0.
Согласно приведенной зависимости, максимальное снижение коэффициента восстановления температуры за счет вдува газа в пограничный слой при турбулентном режиме течения и Ьм < 6 может достигать 20%.
Экспериментальное и численное исследования газовых смесей с малыми числами Прандтля представлены в работах [7, 49]. Экспериментальное исследование проведено с аргоно-водородной смесью с числом Рг в диапазоне 0,364-0,385. Полученное в опытах значение коэффициента восстановления температуры составило 0,8±0,01 (Яе = 2,5-106, М = 1,6). Снижение г относительно значения в однородном потоке составило не более 11%. В проведенном численном исследовании со смесями газов с числом Рг= 0,1 и 0,3,