Смешанная конвекция вязкой несжимаемой жидкости в водоемах-охладителях ТЭС

• Автор: Максимов, Вячеслав Иванович
• Шифр специальности: 05.14.14, 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 110 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Современное состояние моделирования естественной, вынужденной и смешанной конвекции в замкнутых полостях или с учетом сопряженности теплообмена.
2. Постановка задачи смешанной конвекции вязкой несжимаемой жидкости в прямоугольной области

2.1. Физическая и геометрическая модели

2.2. Математическая модель.

2.3. Краткое описание используемого численного метода

2.4. Метод прогонки решения трех точечных разностных уравнений второго порядка

2.5. Решение уравнения Пуассона для функции тока.

2.6. Особенности постановки граничных условий для вектора завихренности скорости.

2.7. Аппроксимация уравнения для вектора завихренности скорости

2.8 Аппроксимация уравнений энерти.
2.9 Тестовые задачи
2.9.1. Течение жидкости в выемке с движущейся крышкой
2.9.2. Вынужденная конвекция в прямоугольной каверне с входным и выходным отверстием
2.9.3. Естественная конвекция в замкнутой прямоугольной области с участком повышенной температуры на нижней стенке.
3. Численные исследования основных закономерностей смешанной конвекции вязкой несжимаемой жидкости в прямоугольной области в условиях сопряженного теплообмена
3.1. Исследование влияния местоположения отверстий ввода и вывода массы жидкости при различных режимах конвекции на гидродинамику водоема
3.2. Численное исследование влияния условий теплообмена на внешнем контуре рассматриваемой области на смешанную конвекцию.
3.3. Изучение влияния различной интенсивности теплоотвода на трех границах внешнего контура на смешанную конвекцию в водоеме
3.4. Моделирование влияния внешних условий на свободной поверхности на гидродинамику и тепловой режим промышленного водоема
3.5. Анализ влияния процесса испарения на свободной поверхности жидкости на тепловой режим водоемаохладителя
Заключение.
Список использованной литературы


Основные положения и результаты диссертации докладывались на II Международном семинаре энергосберегающих технологий (Томск, ), на II Семинаре вузов Сибири и Дальнего Востока по теплофизике и теплоэнергетике (Томск, ), на пятой, шестой и восьмой Всероссийских научно-технических конференциях «Энергетика, экология, надежность, безопасность» (Томск, -), на девятой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, ), на II международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании» (Тюмень, ), на XII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современная техника и технологии» (Томск, ), на пятой Всероссийской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, ), на 4 Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, ). Публикации. Основные результаты диссертации представлены в трудах вышеперечисленных конференций, а также в журналах: «Известия Томского политехнического университета» [], «Известия Вузов: Физика» [], «Промышленная теплотехника» []. Содержание работы. Первая глава отражает современное состояние моделирования естественной, вынужденной и смешанной конвекции в замкнутых полостях, как в российской науке, так и за рубежом. Вторая глава посвящена постановке задачи смешанной конвекции жидкости в прямоугольной полости с локальными источниками ввода и вывода массы и теплоотводом по всем внешним границам. Представлены физическая, геометрическая и математическая постановки плоской задачи. В третьей главе приведены полученные гидродинамические и температурные поля в исследуемой области и проанализированы особенности рассматриваемого процесса. Результаты численных исследований получены для режимов смешанной конвекции при числах Рейнольдса до 3 и числах Грасгофа до 7. Получены распределения гидродинамических параметров и температур, характеризующие основные закономерности рассматриваемого процесса. Выделены основные циркуляционные течения в различных зонах области решения, обусловленные влиянием источников ввода и вывода массы и наличием неоднородного теплоотвода с внешнего контура прямоугольной полости. Полученные результаты позволяют сделать вывод о значительном влиянии геометрического расположения локальных источников ввода массы и интенсивности теплоотвода с внешнего кожура рассматриваемой области на гидродинамические и температурные поля прямоугольной полости. В заключении подведены основные итоги проведенных исследований. Следует отметить, что рассматриваемая в данной диссертации научно-техническая проблема привлекает всё больше и больше внимания в последние годы. Теплоотдача при свободной конвекции в полостях является предметом многих исследований [,,-]. Однако в большинстве этих работ пренебрегалось взаимодействием между конвекцией в жидкости, заполняющей полость, и теплопроводностью окружающих стенок и использовались идеализированные граничные условия (задавались значения плотности теплового потока или температуры на нагреваемых или охлаждаемых стенках, а поперечные стенки принимались адиабатическими или идеально теплопроводящими). Для некоторых задач такой подход оправдан, но во многих случаях необходимо учитывать и кондуктивный перенос тепла в материале стенок, так как он может существенно влиять на естественную или смешанную конвекцию [-]. Типичный подход к исследованию естественной конвекции в каверне с вертикальными изотермическими стенками, имеющих различную температуру приведён в []. Безразмерные уравнения неразрывности, энергии и движения решались методом конечных элементов с помощью двух программных продуктов FlexPDE (PDESolutions Inc. FEMLAB (Comsol). На границах каверны задавались разные температуры и условие «прилипания» для газовой фазы. Исследования проводились при числах Прандтля Pr=0,, Релея 3 < Ra < 5 для различных геометрических размеров каверны. Выделены и проанализированы основные циркуляционные течения в рассматриваемой области. Установлено существенное влияние чисел Релея на числа Нуссельта при различных геометрических размерах вертикальных стенок.