Математическое моделирование турбулентных вращающихся потоков в гидросистемах

• Автор: Голикова, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 184 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗАКРУЧЕННЫХ ТЕЧЕНИЙ

1.1. АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕЧЕНИЙ С ЗАКРУТКОЙ ПОТОКА

1.2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКОВ

1.3. ОБЗОР РАБОТ ПО МАТЕМАТИЧЕСКОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМУ ИССЛЕДОВАНИЮ ТЕЧЕНИЙ С ЗАКРУТКОЙ ПОТОКА В ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ КАНАЛАХ

1.4. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В КРУГЛОМ ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ КАНАЛЕ С БОКОВЫМИ ВХОДНЫМИ ОТВЕРСТИЯМИ
2.1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В КРУГЛОМ ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ КАНАЛЕ С БОКОВЫМИ ВХОДНЫМИ ОТВЕРСТИЯМИ

2.2. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ НА СТРУКТУРУ ЗАКРУЧЕННОГО ПОТОКА

2.3. ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ МОДЕЛИ

2.4. АЛГОРИТМЫ РАСЧЕТА ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ В КАНАЛАХ
2.5. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГИДРОСИСТЕМ
2.6. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ
ГЛАВА 3 МЕТОДИКА РАСЧЕТА УЧАСТКОВ ГИДРОСИСТЕМ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СМЕСЕЙ ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ
3.1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА УЧАСТКОВ ГИДРОСИСТЕМ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ
3.2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА УЧАСТКОВ ГИДРОСИСТЕМ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ
3.3. ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА УЧАСТКОВ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ
3.4. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СМЕСЕЙ ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ
3.5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СМЕСЕЙ ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ
3.6. ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СМЕСЕЙ ГАЗОВ ИЛИ ЖИДКОСТЕЙ
3.7. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ
ГЛАВА 4 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕЧЕНИЯ ЗАКРУЧЕННОГО ПОТОКА
4.1. УНИФИЦИРОВАННЫЙ ЯЗЫК МОДЕЛИРОВАНИЯ В РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
4.2. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОГРАММНОГО
КОМПЛЕКСА
4.3. ПРИМЕР РАСЧЕТА ГИДРОСИСТЕМЫ С ЗАКРУТКОЙ ПОТОКА
4.4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ
4.5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАКРУЧЕННЫХ ТЕЧЕНИЙ СРЕДСТВАМИ НУГЖОБУБ С ПРИМЕНЕНИЕМ САЕ
СИСТЕМ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


С уменьшением а; и увеличением степени закрутки в потоке возникают изменения: вблизи стенки осевая скорость уменьшается, а у оси возрастает; при сильной закрутке обратные течения исчезают, а на оси канала образуется вихревой шнур с интенсивным вращением; вследствие увеличения сопротивления канала возрастают статическое и полное давление. Основной особенностью течения в случае внезапного изменения сечения трубы в условиях полной и частичной закрутки является отрыв и образование зоны циркуляции в угловой области, протяженность которой уменьшается с ростом интенсивности закрутки. Истечение закрученного потока во внезапное расширение обладает характерными особенностями [, ,, 8]. В случае отсутствия закрутки (5 = 0) разница между осевой скоростью струи и окружающей жидкости приводит к появлению осесимметричных вихревых колец. Вихревые кольца растут в направлении потока со скоростью вдвое меньшей скорости потока. С повышением скорости вращения течение струи становится спиральным, соответствуя вращению потока по закону твердого тела. Вихревые кольца сохраняют свою осевую симметрию относительно входа, становясь наклонными. Закрутка расширяет область смешивания, такая струя распространяется быстрее незакрученной. Дальнейшее повышение 5 усложняет поток. В условиях очень сильной закрутки (5 > 0. Происходит это вследствие следующих явлений: 1) В сильно закрученном потоке возникают большие радиальные градиенты давления, обусловленные центробежными эффектами (соответствующее уравнение имеет вид др/дг = рп2/г). Это приводит к образованию области с давлением ниже атмосферного в центральной части течения. Затухание в осевом направлении осевой скорости и, окружной скорости п и разрежения на оси (рп - р) обратно пропорционально соответственно первой, второй и четвертой степеням безразмерного расстояния. В случае свободной струи это объясняется внезапным расширением, смешением и подсосом жидкости из окружающей незакрученной среды. Разрежение в струе в начале наибольшее и постепенно уменьшается в сечениях вниз по потоку. Уменьшение радиального градиента давления при смещении вниз по потоку вызывает появление положительного градиента давления, который в условиях сильной закрутки достаточен для “подсасывания” потока назад к соплу, из которого распространяется струя. В работе [] проводилось экспериментальное исследование влияния закрутки на входе на характеристики и профиль поля течения в выходном сечении конических расширяющихся диффузоров. Закрутка потока не влияет на характеристики диффузоров, если при соответствующем осевом потоке на входе имеет место либо безотрывное течение, либо течение с незначительными отрывными зонами. Для диффузоров, течение в которых при осевом потоке на входе содержит большие отрывные зоны, закрутка приводит к значительному улучшению характеристик, определенных по полной кинетической энергии потока на входе. Кольцевые каналы [7, , ] широко используются в технике в качестве теплообменной аппаратуры, газового тракта двухконтурного газотурбинного двигателя, смесителей и т. Наиболее часто начальная закрутка потока в них создается АЛ- и Т-завихрителями. В отдельных случаях применяется закрутка на внутренней и внешней поверхностях труб с вращением потоков как в одну, так и в противоположные стороны. В смесительных устройствах используется закрутка в противоположные стороны двух коаксиальных потоков на входе в канал. Аэродинамика закрученного потока в кольцевом канале имеет некоторые отличия от закрученного течения в трубе. Закрученное течение около внутренней поверхности такого канала аналогично обтеканию выпуклой, а около внешней - вогнутой поверхности. В первом случае центробежные массовые силы имеют консервативный характер, а во втором - активный. Течение около внутренней поверхности происходит с положительным градиентом давления, что при достаточно сильной закрутке создает благоприятные условия для отрыва закрученного потока от поверхности. Исследования показали, что параметр закрутки потока 5 = (? Я -радиус внешней стенки) в кольцевом канале, так же как и в трубе, характеризует подобие поля скоростей. Связь между параметром 5 и углами закрутки потока на внешней ср„ и внутренней поверхностях канала зависит от отношения ^! W7 = Ы&У1'1. В малогабаритных смесительных камерах на выходе используется закрутка коаксиальных потоков в противоположные стороны.