Исследование некоторых задач тепломассопереноса в паровых пленках методами молекулярно-кинетической теории

• Автор: Ястребов, Арсений Константинович
• Шифр специальности: 01.04.14, 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Обозначения
Введение

Актуальность

Цели работы

Научная новизна

Автор защищает

Практическая ценность

Достоверность полученных результатов

Апробация работы

Публикации
Структура и объем работы
1. Обзор литературы и цели исследования
1.1. Современное состояние исследований
1.1.1. Прикладные задачи
1.1.2. Исследования процессов переноса методами молекулярнокинетической теории
1.2. Методы решения уравнения Больцмана
1.3. Задачи исследования
2. Постановка задачи и методы решения
2.1. Физическая модель
2.2. Математическое описание
2.3. Граничные и начальные условия
2.4. Метод численного решения уравнения Больцмана
2.5. Метод совместного численного решения уравнений Навье Стокса
и Больцмана
2.6. Выбор параметров численного метода
2.7. Безразмерные параметры
2.8. Дополнительные задачи
3. Результаты решения
3.1. Решение дополнительных задач
3.1.1. Решение задачи о переконденсации
3.1.2. Решение задачи о теплопереносе в слое газа
3.2. Решение при заданной температуре нагревателя
3.2.1. Решение уравнения Больцмана
3.2.2. Совместное решение уравнений Навье Стокса и Больцмана
3.2.3. Влияние температуры нагревателя на решение
3.3. Решение при заданной тепловой нагрузке
3.4. Продолжительность нестационарного процесса
4. Сопоставление с другими моделями и экспериментальными
данными
4.1. Сравнение полученных результатов и других моделей
исследуемого процесса
4.1.1. Решение уравнения Больцмана для стационарной задачи моментным методом.
4.1.2. Решение задачи методами механики сплошной среды
4.1.3. Решение модельного уравнения для задачи переконденсации
4.2. Сопоставление с экспериментальными данными
Заключение
Содержание диссертации опубликовано в следующих работах
Литература


Наиболее опасным является паровой взрыв при аварии на АЭС, но он может возникать и в элементах оборудования других областей промышленности. Другой важной задачей о взаимодействии сильно нагретого тела с холодной жидкостью является кипение сверхтекучего гелия (Не-И). Отличительной особенностью этого процесса является наличие только пленочного режима кипения данной жидкости. Для Не-Н характерна очень высокая эффективность теплопереноса, и из-за малого термического сопротивления жидкости неравновесные эффекты на межфазной поверхности могут быть существенными и определяющими основные закономерности процессов переноса. Температура горячего тела может быть больше температуры холодной жидкости в несколько раз (для кипения Не-Н - даже в несколько десятков раз). Вследствие этого процессы переноса в паровой пленке, разделяющей горячее тело и холодную жидкость, характеризуются существенным отклонением от локального термодинамического равновесия, так что применение для их описания традиционных методов механики сплошной среды не всегда корректно. Больцмана, применение которого оправдано при любой степени неравновесности. Актуальность работы связана с актуальностью исследования взаимодействия горячих тел с жидкостями. Изучение процессов тепломассопереноса в паровых пленках, возникающих в таких случаях составляет важное направление в рамках фундаментальной проблемы гидрогазодинамики и тепломассообмена, связанной с изучением явлений переноса на межфазной поверхности и в паре при существенном отклонении от локального термодинамического равновесия. Главной целью работы является исследование нестационарных процессов тепломассопереноса в паровых пленках и определение граничных условий на поверхности раздела фаз пар - жидкость, позволяющих замкнуть систему уравнений, описывающую взаимодействие сильно нагретого тела с холодной жидкостью. Также важной целью является апробация используемых методов и подходов, которые впервые применяются для решения рассматриваемых в настоящей работе задач. Научная новизна работы состоит в оригинальном подходе к решению задач о нестационарном тепломассопереносе в паровых пленках при взаимодействии горячего тела с жидкостью. Навье -Стокса и Больцмана. Полученные методами молекулярно-кинетической теории результаты исследования нестационарных процессов тепломассопереноса в паровых пленках, образующихся при взаимодействии сильно нагретого тела с холодной жидкостью, а также возможность использования стационарных соотношений для описания данных процессов. Практическая ценность работы состоит в возможности применения полученных результатов при решении различных прикладных задач, в которых необходим анализ развития паровой пленки на нагревателе. К таким задачам относятся, в частности, задачи об эволюции паровой полости при взаимодействии горячего тела с жидкостью. Достоверность полученных результатов подтверждается проведенным многократным тестированием отдельных элементов используемых алгоритмов и всей задачи в целом. Стационарное состояние, являющееся результатом исследуемых нестационарных процессов, достаточно хорошо согласуется с предыдущим исследованием теплопереноса в неравновесных условиях. Сравнение расчетов для задачи об эволюции паровой пленки по модели [] с экспериментальными данными косвенно подтверждает достоверность результатов, полученных в настоящей работе. Результаты настоящей работы были доложены на Третьей Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, г. VIII, IX и X международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, , и г. Всероссийском семинаре «Кинетическая теория и динамика разреженных газов» (Новосибирск, г. XIV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и теплообмена в энергетических установках» (Рыбинск, г. Материалы настоящей работы изложены в 7 публикациях — в 3 статьях и 4 тезисах. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, имеет объем 9 страниц, включая иллюстраций, 6 таблиц. Библиографический список включает наименование.