Гидродинамика и разделительная способность течений в гидромеханических устройствах и аппаратах

• Автор: Фафурин, Виктор Андреевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 255 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ Стр.

Введение
Глава 1. Моделирование течений с искривленными линиями тока в гидромеханических устройствах и аппаратах.

1.1. Модели турбулентности для течений с искривленными линиями тока.

1.1.1. Проблема моделирования турбулентных течений.

1.1.2 Краткая характеристика полуэмпирических моделей турбулентности.

1.1.3. Моделирование течений с искривленными линиями тока.

1.2. Течения в гидроциклонах. Методы расчета гидроциклонов.

1.2.1. Общая характеристика течения в гидроциклонах

1.2.2. Методы расчета гидродинамики гидроциклона

1.3. Применение диафрагм для измерения

нестационарных расходов.
1.4. Постановка задач исследования. Глава 2. Численное решение системы уравнений
осесимметричного турбулентного течения.
2.1. Исходная система уравнений.
2.2. Метод дискретизации. Аппроксимация дифференциальных уравнений.
2.3. Аппроксимация граничных условий.
2.4. Организация общего итерационного процесса.
2.5. Тестовые расчеты. 5
Глава 3. Нестационарное движение газа в осесимметричной диафрагме.
3.1.Характеристика течения
3.2.Особенности расчета течения на участке
диафрагмирования.
3.3. Модификация модели турбулентности для течения с рециркуляцией.
3.4.Сравнительный анализ экспериментальных и расчетных данных.
3.5. Структура турбулентного потока на участке диафрагмирования.
3.5.1. Стационарный поток.
3.5.2. Нестационарный поток.
3.6. Экспериментальное исследование
нестационарного течения в диафрагме.
3.7. Характеристика пульсаций расхода на расходомерных узлах.
Глава 4. Структура закрученных течений в
цилиндрических каналах.
4.1. Оценка начального приближения.
4.2. Экспериментальные данные, используемые для отладки модифицированной модели.
4.3 Результаты расчета закрученного течения на основе стандартной модели.
4.4. Модификация двухпараметрической модели турбулентности для закрученных течений.
4.5. Гибридный подход для расчета всей области течения.
4.6. Сравнение экспериментальных и расчетных данных.
4.7. Структура закрученного потока в цилиндрической
трубе.
Глава 5. Гидродинамика течения в гидроциклоне.
Методика расчет разделительной способности гидроциклона.
5.1. Особенности численного моделирования течения в гидроциклоне.
5.1.1. Особенности построения сетки.
5.1.2. Задание граничных условий.
5.2. Сравнительный анализ результатов расчета с экспериментальными данными.
5.3. Структура потока в цилиндрическом гидроциклоне.
5.4. Структура потока в коническом гидроциклоне.
5.5. Расчет траектории движения частицы в закрученном потоке.
5.5.1. Уравнение движения частиц дисперсной
среды.
5.5.2. Решение системы уравнений движения частицы.
5.5.3. Учет влияния турбулентных пульсаций на траекторию движения частицы
5.6. Расчет разделительной способности гидроциклона
на основе данных по гидродинамике.
5.7. Экспериментальное определение разделительной способности гидроциклона. Сравнение расчетных и экспериментальных данных.
5.7.1. Описание экспериментальной установки.
Методика проведения экспериментов и обработки
экспериментальных данных.
5.7.2. Результаты сравнения расчетных и
экспериментальных значений.
5.7 3. Определение разделительной способности
цилиндрического гидроциклона.
5.8 Натурные испытания гидроциклонной установки для разделения трехкомпонентной смеси воды, нефти и твердых частиц
5.8 1. Описание экспериментальной установки
5.8 2. Результаты экспериментальных исследований разделительной способности гидроциклонной установки
Основные результаты и выводы
Условные обозначения
Список литературы


Как отмечают сами авторы такой подход не оправдывает себя изза сильной зависимости значений констант от характера и режима течений, что существенно снижает общность модели. Эффективным способом модификации полуэмпирических моделей турбулентности является использование аналогии между эффектом массовых сил, обусловленных центростремительным и кориолисовым ускорением, и эффектом массовой силы, обусловленной гравитационным полем. Впервые на возможность использования такой аналогии для моделирования течений с искривленными линиями тока было указано Прандтлем7. Идея Прандтля была развита П. Р эмпирическая константа, а число Ричардсона определяется по формуле
1. Число Ричардсона определяет отношение производства турбулентной энергии массовыми силами к производству турбулентной энергии касательными напряжениями. При этом массовые силы могут быть вызваны как гравитационным полем, так и полем центробежных сил. Такой подход был успешно использован для численного анализа развития пограничного слоя на искривленной поверхности и развития пристеночной тангенциально направленной струи на круглом цилиндре. Авторами работы были получены удовлетворительные результаты при рассмотрении течений около вращающихся конусов, дисков и цилиндров. Расчет турбулентного потока в кольцевом канале с вращающейся внутренней трубой также дал удовлетворительные результаты . Несмотря на успехи в применении указанного метода, было установлено, что при использовании столь простой модели, как модель пути смешения, для каждой новой геометрии течения обычно необходимо вводить свое распределение длины пути смешения. Поэтому в была предложена модификация двухпараметрической к е модели турбулентности на базе аналогии между стратифицированным и закрученным течением. Так как в двухпараметрических моделях турбулентности линейный масштаб рассчитывается путем решения уравнений переноса для турбулентной кинетической энергии и скорости диссипации турбулентной кинетической энергии, то модификация не может заключаться в простом представлении линейного масштаба в виде функции числа Ричардсона. Модификация должна состоять в замене коэффициентов в Источниковых членах уравнений переноса турбулентных характеристик на выражения, зависящие от числа Ричардсона Ш, в форме аналогичой 1. Данное уравнение является менее точным и содержит большую долю эмпиризма, чем уравнение переноса турбулентной кинетической энергии. Используя модификацию коэффициента С2 в виде линейной зависимости от числа Ш, были получены удовлетворительные результаты расчета турбулентного пограничного слоя на вращающихся и криволинейных поверхностях. В работе была успешно применена линейная модификация коэффициента С1 для расчета характеристик течения во вращающейся трубе. Таким образом, для моделирования течений с искривленными линиями тока могут быть с успехом применены двухпарматерические модели турбулентности модифицированные на основе аналогии действия сил тяжести и сил инерции. Течения в гидроциклонах. В процессе осуществления различных технологических процессов в химической, нефтяной, горнорудной и ряде других отраслей промышленности возникает необходимость разделения двухкомпонентных и многокомпонентных суспензий и смесей несмешивающихся жидкостей. Для этого широко используются гравитационные отстойники, главным недостатком которых является значительная длительность процесса и необходимость использования больших площадей. Благодаря своим преимуществам гидроциклоиы получили широкое применение в промышленности. Ниже будет дана краткая характеристика течения в проточной части гидроциклона и методов расчета гидродинамических характеристик гидроциклона. В зависимости от конкретных задач, для решения которых используется гидроциклон, существует большое количество конструктивных решений. В монографиях 9,, приведено большое количество различных конструкций и их классификаций. Несмотря на многообразие конструктивных решений в общем случае гидроциклон рис. Жидкость подается через питающий патрубок 3, установленный тангенциально к цилиндрической части. Отвод из гидроциклона продуктов разделения осуществляется через верхний 4 и нижний 5 сливной патрубки.