Численное исследование динамики парового слоя вокруг горячей частицы и распространение волн сжатия в жидкости с дробящимися пузырьками

• Автор: Санников, Иван Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 112 с.

Оглавление
Введение

1. Динамика паровой оболочки вокруг раскаленной частицы в жидкости

1.1. Постановка задачи и основные уравнения

1.2. Преобразование системы уравнений к удобному для числен нош интегрирования виду

1.3. Разностные уравнения

1.4. Результаты расчетов

1.5. Тепловая стадия эволюции «двухфазного» пузырька

1.5.1. Дополнительные предположения

1.5.2. Некоторые результаты расчетов

2. Устойчивость равновесного состояния «двухфазного» пузырька

2.1. Допущения и основные уравнения подмодели динамической стадии
2.2. Анализ устойчивости равновесного состояния «двухфазного» пузырька
3. Распространение волн в жидкости с дробящимися пузырьками
3.1. Основные допущения
3.2. Уравнения односкоростной двухтемпературнон с двумя давлениями модели пузырьковой жидкости
3.3. Учет дробления пузырьков
3.4. Переход к Лагранжсвым переменным. Уравнения в безразмерной форме
3.5. Методика численного интегрирования системы уравнений.
Начальные и граничные условия
3.6. Результаты расчетов распространения волн в жидкости с
дробящимися пузырьками

3.6.1. Распространение ударной волны типа «ступенька» .
3.6.2. Распространение уединенной волны
3.7. Распространение волн давления в бидисперсной пузырьковой жидкости
3.7.1. Основные уравнения модели бидисперсной пузырьковой жидкости
3.7.2. Распространение уединенных волн в бидисперсной пузырьковой жидкости
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы. Жидкости с пузырьками газа или пара, а также пузырьками, содержащими раскаленные частицы («двухфазными» пузырьками), используются в ряде отраслей современной промышленности, таких как теплоэнергетика, химические и криогенные технологии, нефтяное и газовое хозяйство. Исследование динамики и тепломассообмена газовых и «двухфазных» пузырьков с жидкостью, а также особенностей волновых процессов в таких средах актуально в связи с необходимостью совершенствования технологических процессов и управления промышленными установками. Необходимость анализа последствий аварий на атомных реакторах ставит задачу всестороннего изучения явления парового взрыва, заключающегося в многократном, взрывообразном повышении давления при распространении ударной волны в жидкости, содержащей раскаленные частицы расплавленного металла, окруженные паровыми оболочками. Динамика и тепломассообмен отдельных дисперсных включений - «двухфазных» пузырьков определяют волновые процессы в таких средах. Следовательно, при моделировании парового взрыва возникает необходимость построения модели, позволяющей описывать динамику и тепломассообмен «двухфазных» пузырьков с жидкостью при воздействии волны давления.
Распространение ударной волны может сопровождаться интенсивным дроблением дисперсных включений - паровых, газовых и «двухфазных» пузырьков. Поэтому важной задачей, которая возникает при теоретическом описании парового взрыва, является исследование влияния процессов фрагментации и дробления дисперсных включений на структуру и особенности эволюции волн давления. Кроме того, построение моделей и схем описания дробления пузырьков, и исследование влияния дробления пузырьков на структуру ударных волн представляет самостоятельный интерес в связи с недостаточной изученностью вопроса.
В связи с исследованием фундаментальных закономерностей развития волновых процессов в пузырьковых жидкостях, представляет также

На границе пара и жидкости (£ = 1) уравнения притока тепла к пару и жидкости в разностной форме в (то — 1)-ом и т-ом узлах соответственно имеют вид:

(я£п,-1 - щ„-і)
+ 1) н іп-

4 Ти — ЗГт_і — Тш-
г,п-і) 4/7“

2Д2(Тд - Г,„ і) - г2_я/2(Г,„_і -
Рт—1 V б/г,.

АТп - 3Г,,,.! - Т„,_2]2 + 7 1 1 ^
7 Рш-1 сп

Г„(+1 + ЗГ„, — 4Тд

2 [г^1/2(Гт+1 - Г„.) - 2Я2(Г1Н - 7д)
Скорость пара в (то — 1)-ом узле определяется по следующему разностному уравнению:
М’ш-І

37 ІІ 7 л;, —1 7 л

Тк - 7щ, г

- 1 сіто

Граничные условия «вдали от пузырька» (£ = ос) сносятся на конечный узел сетки .V — 1, соответствующий достаточно удаленной от пузырька точке в жидкости с координатой г = 7?^, и в разностной форме имеют следующий вид:
Тм-1 = /’у

Г і = Тц/'Г,ц
Таким образом, система уравнений (1.26) модели с граничными условиями (1.27) сведена к системе обыкновенных дифференциальных уравнений по времени, для решения которой использовался метод Рунге-Кутты 4-го порядка точности с автоматическим выбором шага.