Экспериментальное исследование и численное моделирование характеристик двухфазного потока

• Автор: Бакоуш Ахмед Монтасер Мохамед
• Шифр специальности: 01.02.05, 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Механизм и условия зарождения паровой фазы

1.1.1. Метастабильное состояние.

1.1.2. Механизм зарождения паровой фазы

1.1.3. Режимы течения.

1.2. Модели двухфазных потоков.

1.2.1. Гомогенная модель.

1.2.2. Гетерогенная равновесная двухжидкостная модель
1.2.3. Многослойные модели.
1.2.4. Полидисперсная модель I.
1.3. Критическое истечение вскипающих жидкостей.
1.3.1. Гомогенная равновесная модель
1.3.2. Гомогенный поток замороженного состава
1.3.3. Модель раздельного движения фаз.
1.4. Экспериментальные исследования
1.5. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА И
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ.
2.1.Экспериментальный стенд
2.1.1. Работа стенда.
2.2. Методика проведения эксперимента
2.2.1. Измерение расхода.
2.2.2. Измерение давления
2.2.3. Измерение температуры
2.2.4. Измерение тяги.
2.2.5. Фоторегистрация потока.
2.3. Объект исследования
2.4. Погрешность измерений
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ.
3.1. Модель смеси, используемая в пакете .
3.2. Система дифференциальных уравнений сохранения для многослойной модели
3.3. Инженерный метод определения характеристик двухфазного
потока в одномерной постановке.
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВУХФАЗНОГО
4.1. Процесс парообразования и структура двухфазного потока.
4.1.1. Процесс парообразования в соплах Лаваля
4.1.2. Процесс парообразования в цилиндрических каналах.
4.2. Влияние начальных параметров потока на процесс парообразования
4.2.1. Влияние температуры
4.2.2. Влияние давления.
4.3. Критический расход.
4.4. Реактивная тяга
4.5. Метастабильность процесса
4.6. Численное исследование результатов
4.6.1. Апробация гипотезы Дина
4.6.2. Полная кавитационная модель.
4.7. Обобщение экспериментальных данных
4.8.Фоторегистрация структуры потока
Основные результаты и выводы
Список литературы


Интерес к исследованию течений жидкостей с фазовыми переходами связан с их широким использованием в ракетостроении, авиации, криогенном машиностроении, энергетике, химической промышленности и других отраслях техники. Движение жидкостей с потерями давления в лопастных машинах, струйных насосах, элементах дренажной и регулирующей арматуры и т. Исследованию двухфазных потоков уделяется достаточно много внимания, о чем говорит количество монографий и статей по данной тематике [4, 5,6,,, ,,,,,]. АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ. Объекты таких комплексов включают различные технические системы с жидкими рабочими телами, в том числе и криогенными. Количество жидкости в таких системах значительно и достигает в космических аппаратах % от стартовой массы. Жидкостные системы, согласно условиям эксплуатации, либо постоянно, либо на определенное время сообщаются с внешней средой. В тех случаях, когда давление внешней среды будет меньше давления насыщенных паров жидкости, в дренажных магистралях, предохранительных клапанах и прочих элементах гидравлических трактов вследствие частичного испарения жидкости будет образовываться гетерофазный поток []. ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ. Истощение запасов нефти очень остро ставит проблему поиска альтернативных источников топлива для тепловых двигателей. В качестве наиболее реальной замены углеводордных горючих, получаемых из нефти, называют сжиженные природные газы (СПГ) и водород [6,7]. Водород является возобновляемым источником топлива, а разведанных запасов газа хватит по оценкам специалистов на ближайшие 0 - 0 лет в зависимости от темпов потребления []. СУДОСТРОЕНИЕ. Одной из наиболее важных проблем водного транспорта является проблема создания судов, способных перемещаться в воде с высокими скоростями. В тех случаях, когда в качестве движителя используется гребной винт, его эффективная работа ограничивается величиной скорости, при которой начинается кавитация. В связи с этим в судостроении рассматриваются перспективы использования гидрореактивных двигателей, которые способны перемещать надводные и подводные суда со скоростями, равными 0 км/час []. ЭНЕРГЕТИКА. В гидравлических системах энергетического оборудования используется широкий ассортимент рабочих тел. Это вода, расплавленные металлы, криогенные и прочие жидкости, которые по условиям технологических циклов находятся в состоянии близком к насыщенному. Движение таких рабочих тел с потерями давления в сепараторах, парогенераторах, струйных насосах, элементах регулирующей и запорной арматуры и прочих устройствах сопровождаются частичным испарением жидкости и образованием двухфазного потока [-]. Экспериментальное исследование и расчетное моделирование характеристик двухфазного потока, образующегося в процессах адиабатного течения жидкостей в соплах и каналах. Модернизировать экспериментальный стенд для исследования характеристик двухфазного потока. Разработать и изготовить средства диагностики потока вскипающей жидкости. Изучить условия образования паровой фазы в потоке жидкости. Изучить зависимости режимов истечения, критического расхода и тяги, создаваемой двухфазной струей, от параметров процесса. Разработать одномерные и двумерные модели течения жидкостей с фазовыми превращениями. Усовершенствованы технология измерения реакции струи вскипающей жидкости и методика косвенного определения параметров двухфазного потока. Определены достижимые перегревы жидкостей, реализуемые в процессах адиабатного течения в соплах. Изучено влияние параметров потока и геометрии каналов на критический расход. Получены критериальные зависимости для определения критического расхода вскипающих жидкостей через сопла. Показано определяющее влияние турбулентности на условия зарождения паровой фазы в потоке жидкости. Разработаны модели течения жидкости с фазовыми превращениями. Проведено параметрическое исследование условий парообразования для случая адиабатного течения различных жидкостей (воды, азота, метана) в соплах. Практическая значимость. Результаты диссертационной работы являются теоретической основой для определения характеристик процессов, в которых жидкие рабочие тела претерпевают фазовые превращения, а также для оптимизации таких процессов.