Расчет гидродинамики и сложного теплообмена при нестационарных процессах неизотермической свободной и смешанной конвекции в многофазных течениях с частицами

• Автор: Некрасов, Анатолий Константинович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Обзор литературных данных по проблеме.

1.1. О проблеме моделирования гидродинамики и процессов

тепло и массообмена в гетерогенных средах

1.1.1. Кинетический метод

1.1.2. Континуальный метод.

1.1.3. Траекторный метод.

1.2. Методы математического моделирования движения гетерогенных сред в переменных Эйлера.

1.3. Выводы по обзору литературы и постановка задач

исследования.

Глава 2. Математические модели и методы решения задач гидродинамики и теплообмена в гетерогенной среде с частицами
2.1. Физическая постановка задачи
2.2. Математическая постановка задачи
2.2.1. Математическая модель гидродинамики и конвективного теплообмена в несущей несжимаемой жидкости.
2.2.2. Математическая модель движения дисперсной частицы относительно несущей среды.
2.2.3. Математическая модель нестационарной задачи
теплопроводности для сферической дисперсной частицы.
2.3. Методика численного решения задачи
2.3.1. Запись уравнений сплошной среды в безразмерном
виде и в переменных вихрь скорости функция тока температура
2.3.2. Уравнения для дисперсных частиц в безразмерном виде.
2.4. Конечноразностная аппроксимация уравнений задачи.
2.4.1. Разностная схема для уравнений сплошной среды
2.4.2. Разностные уравнения для дисперсных частиц.
2.5. Численное решение задачи теплопроводности для частицы
методом конечных разностей.
2.6. Алгоритм конечноразностного решения задачи.
2.7. Краткое описание программного комплекса.
2.8. Тестирование программы расчета параметров несущей среды
Глава 3. Математическое моделирование относительного движения пробной частицы в вязкой несжимаемой несущей жидкости при свободной тепловой конвекции
3.1. Моделирование движения пробной частицы в замкнутых полостях при постоянных во времени тепловых воздействиях.
3.1.1. Полость квадратного сечения
3.1.2. Вертикальный цилиндрический реактор
3.2. Моделирование движения пробной частицы в замкнутой полости квадратного сечения при периодическом
боковом нагреве
3.2.1. Постановка задачи исследования.
3.2.2. Результаты математического моделирования.
Глава 4. Математическое моделирование движения и теплообмена дисперсных частиц кремния в низкотемпературной воздушной плазме.
4.1. Физическая постановка задачи
4.2. Математическое моделирование смешанной конвекции в
цилиндрическом реакторе плазмотрона
4.3. Определение скорости относительного движения дисперсной
частицы переменной массы.
4.4. Математическая постановка задачи теплопроводности
для частицы с фазовыми переходами.
4.5. Результаты математическою моделирования движения и
теплообмена для частиц переменной массы.
Заключение
Список литературы


Уравнения для дисперсных частиц в безразмерном виде. Конечно-разностная аппроксимация уравнений задачи. Разностные уравнения для дисперсных частиц. Алгоритм конечно-разностного решения задачи. Краткое описание программного комплекса. Глава 3. Моделирование движения пробной частицы в замкнутых полостях при постоянных во времени тепловых воздействиях. Постановка задачи исследования. Результаты математического моделирования. Глава 4. Математическое моделирование движения и теплообмена дисперсных частиц кремния в низкотемпературной воздушной плазме. Список литературы. XV - модуль вектора относительной скорости частицы, м/с; г, г — координаты в цилиндрической системе координат, м. О — . N=ОС? Яе=Н? Рейнольдса. Актуальность. Движущиеся неоднородные многофазные среды с одновременно протекающими в них гидромеханическими, химическими и тепломассообменными процессами составляют основу многих производств химической, нефтеперерабатывающей, фармацевтической, микробиологической, пищевой, горнорудной, газовой, металлургической и других отраслей промышленности. Течения таких сред широко представлены в различных природных явлениях естественного и антропогенного происхождения и оказывают существенное влияние на различные физико-химические и связанные с ними процессы в мировом океане и земной атмосфере. Прогнозирование последствий различного рода выбросов и их мониторинг являются основой в обеспечении экологической безопасности. Задача о тепло- и массообмене движущихся дисперсных частиц (твердых, капель, пузырьков) с окружающей (несущей) средой лежит в основе расчета многих технологических процессов, связанных с растворением, экстракцией, испарением, горением, химическими превращениями в дисперсных системах, осаждением коллоидов и т. Так, в химической промышленности широко применяются гетерогенные превращения с использованием частиц катализа гора, взвешенных в жидкости или газе. При этом интенсивность каталитических процессов в значительной степени определяется величиной полного диффузионного притока реагента к поверхности частиц дисперсной фазы, который в общем случае зависит от характера обтекания и формы частицы, кинетики поверхностной реакции и других факторов. Существенно эти процессы зависят от теплообмена частицы с несущей средой. Такое взаимодействие определяет интенсивность процессов тепло- и массообмена на поверхности частиц дисперсной фазы. Экспериментальное изучение указанных явлений сопряжено с рчдом трудностей. В первую очередь они связаны с большими материальными и временными затратами на строительство экспериментальных установок (из-за больших размеров реальных технологических установок). Дополнительные трудности возникают при исследовании гидродинамических процессов в технологии получения материалов из жидкой фазы, где используются непрозрачные дорогостоящие расплавы, а сами процессы обладают высокой энергоемкостью. Поэтому расчетные исследования в этом направлении, основанные на применении современных математических моделей и ЭВМ, являются необходимым этапом при разработке новых технологических процессов, оптимизации режимов работы, а так же определении рациональных конструктивных параметров, аппаратов и установок. В этой области ведется интенсивная работа над математической постановкой задач и методами их численного решения. Настоящая работа относится к указанному направлению, что обуславливает ее актуальность. В работе рассмотрены гидродинамика и теплообмен при стационарном и нестационарном движении неоднородной гетерогенной многофазной вязкой несжимаемой среды с твердыми частицами в условиях неизотермической свободной и смешанной конвекции в замкнутых объемах и каналах. Изучение движения гетерогенных смесей с учетом исходной структуры смеси и физических свойств фаз связано с привлечением новых параметров и решением уравнений более сложных, чем те, с которыми приходится иметь дело в случае однофазных (гомогенных) сред. При этом основные сложности связаны с учетом и описанием виутрифазных и межфазных взаимодействий в гетерогенной среде.