Гидродинамика ламинарного течения вязкой жидкости в теплообменных устройствах с вращающейся рабочей поверхностью типа "конфузор-диффузор"

• Автор: Горская, Татьяна Юрьевна
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Проблемы интенсификации теплообмена и совершенствования

теплообменных аппаратов (подготовка сырьевых потоков и утилизация тепла)

1.1. Обзор и анализ конструкций теплообменной аппаратуры

1.2. Пути совершенствования теплообменной аппаратуры

1.3. Постановка задачи исследования

2. Закономерности движения вязкой жидкости в каналах

различной формы

2.1. Теоретические и экспериментальные исследования

гидродинамики течения вязкой жидкости в неподвижных каналах', образованных конфузорно - диффузорными 34 элементами
2.2. Теоретические и экспериментальные исследования
гидродинамики во вращающихся цилиндрических каналах
3 Физическая и математическая модели течения вязкой жидкости
во вращающемся волнистом канале, образованном конфузорно - диффузорными элементами
3.1. Оценка существующих подходов к моделированию
гидродинамики при течении вязкой жидкости
3.2. Физическая модель течения вязкой жидкости во вращающемся
канале, образованном конфузорно - диффузорными элементами
3.3. Математическая модель течения вязкой жидкости во
вращающемся канале, образованном конфузорно -диффузорными элементами
4. Приближенные методы решения краевой задачи движения
вязкой жидкости во вращающемся канале, образованном конфузорно — диффузорными элементами

4.1. Оценка существующих методов численного решения
4.2. Итерационно-сеточный метод с использованием метода прогонки
4.3. Вариационно-разностные методы
4.3.1 Метод Галеркина на базе системы алгебраических финитных функций
* 4.3.2 Метод Галеркина на базе системы тригонометрических
финитных функций
4.4. Анализ результатов численного решения
5. Практическая реализация результатов научно-исследовательской работы в условиях производства Основные результаты и выводы Литература Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы.
На предприятиях энергетики и в смежных с ней отраслях чрезвычайно велика роль теплообменных аппаратов (ТА), составляющих в отдельных случаях до 70% всего парка технологического оборудования. В связи с этим весьма остро стоят вопросы интенсификации процессов теплообмена и создания высокоэффективных малогабаритных аппаратов большой единичной мощности. На сегодняшний день накоплен обширный экспериментальный и теоретический материал, касающийся гидродинамики и теплообмена в теплообменных аппаратах с неподвижными теплообменными элементами. Однако и по настоящее время отсутствуют теоретические и экспериментальные исследования гидродинамических закономерностей течения вязкой жидкости в ламинарном режиме в теплообменных устройствах с вращающейся рабочей поверхностью, выполненной, например, в виде каналов, образованных конфузорно-диффузорными элементами. Известно, что при течении вязкой жидкости в неподвижных каналах типа «конфузор-диффузор» критерий Нуссельта увеличивается в 1.5 раза, а во вращающихся цилиндрических каналах число Нуссельта может возрасти в 3..5 раз. Кроме того, в центробежных аппаратах с волнистой рабочей поверхностью в процессе их работы может быть обеспечен непрерывный сброс пленки конденсата с поверхности вращающейся трубы, что способствует образованию «капельной» конденсации и увеличению коэффициента теплоотдачи на внешней стенке. В связи с этим, в целях интенсификации процессов теплообмена в компактных ротационных аппаратах, представляет научный и практический интерес исследование течения сред в конфузорно-диффузорных каналах под действием массовых сил. Работа посвящена теоретическому исследованию гидродинамики течения вязкой жидкости в аппаратах типа «труба в трубе» с внутренним

Угол раскрытия диффузора не должен превышать предельного безотрывного .угла (9°...1Г) [23] при котором возникает существенное стационарное отрывное течение, резко увеличивающее гидросопротивление канала и почти не изменяющее теплообмен [7].
Авторы [10, 23], сравнивая каналы различной конфигурации, показали, что в диапазоне чисел Яе до 3000, т.е. в ламинарной области течения и в области слаборазвитой турбулентности, наибольшие эффекты увеличения теплоотдачи обеспечивают методы воздействия на пристенную область (трубы соответственно с кольцевыми выступами, волнистые каналы типа конфузор-диффузор). При числах Яе >8000 превалирующее влияние на теплообмен начинает оказывать турбулентность, что характерно для методов, основанных на применении искусственной периодической шероховатости. Для сред с большой вязкостью более перспективна закрутка потока теплоносителя вокруг продольной оси трубы [1, 23]. По данным автора [64] для волнистых каналов характерна высокая эффективность теплообмена в широком диапазоне чисел Рейнольдса.
Исследованию гидродинамики в каналах типа «конфузор - диффузор» посвящено много работ [10, 49, 56, 57, 60, 80-82]. Автором [80] были исследованы криволинейные каналы, состоящие из чередующихся симметричных криволинейных конфузоров и диффузоров. Ось каждого конфузора состоит из двух прямолинейных и одного криволинейного (части дуги параболы) участков. Получены расчетные зависимости для длин этих участков, углов конфузорности, ширины канала и т.д. Автором [80] было выбрано 12 вариантов геометрических характеристик каналов. На основании исследований выявлена следующая картина течения. В диффузоре при изменении кривизны стенки с выпуклой на вогнутую и вниз по течению от диффузора образуются отрывные зоны различной интенсивности. При визуализации течения порошком выявлено, что наиболее активная в части вихреобразовании зона располагается у самой стенки.