Математическое моделирование турбулентных газопылевых потоков в трубах

• Автор: Бурлуцкий, Евгений Станиславович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 172 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Диссертация изложена на 172 страницах машинописного текста, содержит 87 рисунков, библиография включает 105 наименований.
Ключевые слова: ТУРБУЛЕНТНЫЕ ТЕЧЕНИЯ, ПОТОК
ГАЗОВЗВЕСИ, ТЕПЛООБМЕН, ДИФФУЗИОННЫЙ, ЛОКАЛЬНО НЕРАВНОВЕСНЫЙ, СУЩЕСТВЕННО НЕРАВНОВЕСНЫЙ, РЕЖИМ ДВИЖЕНИЯ, ПАРАМЕТР ЗАГРУЗКИ, ЧИСЛЕННЫЙ РАСЧЁТ, МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ, ТВЁРДЫЕ ЧАСТИЦЫ.
Работа посвящена изучению турбулентных неизотермических течений газ- твёрдые частицы в трубах.
Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, указываются области использования турбулентных потоков газовзвеси в технических системах, сформулированы цели работы.
В первой главе дана классификация турбулентных течений газа со взвешенными частицами и представлен краткий обзор существующих экспериментальных исследований турбулентных потоков в каналах. Кроме того, отмечены сложившиеся направления в моделировании запылённых течений и проведён обзор теоретических работ, посвященных численному исследованию турбулентных газопылевых потоков в каналах.
Во второй главе с использованием моментного подхода и теории взаимодействующих взаимопроникающих континуумов строится математическая модель неизотермических турбулентных течений газовзвеси в каналах. Дисперсная фаза разделяется на фракции падающих и отраженных частиц, в результате чего появляется возможность для использования физических граничных условий на стенке канала. Процессы турбулентного переноса описываются с использованием усеченной модели JI. В. Кондратьева, обобщенной на случай присутствия в потоке нескольких фракций частиц. Общая модель процесса тестируется на экспериментальных данных по динамическим характеристикам и теплообмену.
В третьей главе построена математическая модель на основе смешанного эйлерово- лагранжевого подхода, используемая для описания неизотермического турбулентного течения газ- твердые частицы в трубе. Турбулентные пульсации скорости и температуры частиц и процесс их соударения со стенками трубы рассчитываются методом стохастического моделирования. Модель тестируется на широком классе опытных данных и результаты расчётов хорошо с ними согласуются.
В четвёртой главе представлены результаты численных исследований, полученные с применением обеих моделей. Изучено влияние параметра загрузки потока, режима течения смеси (существенно неравновесный, локально неравновесный и диффузионный), ориентации движения смеси в пространстве (восходящее, нисходящее) в условиях, когда существенным становится действие силы тяжести, размера частиц, их плотности и теплоёмкости на движение и теплообмен газовзвеси. На основе обобщения результатов численных исследований течений газовзвеси в каналах, сделан вывод о предпочтительности использования зависимости A.C. Сукомела для построения универсальных законов теплообмена.
В заключении сформулированы основные выводы, полученные в работе.

1. Обзор экспериментальных и теоретических работ по турбулентным течениям газовзвесей в каналах
1.1. Экспериментальные исследования турбулентных течений газовзвеси в каналах круглого поперечного сечения
1.1.1. Классификация турбулентных течений газовзвеси в каналах
1.1.2. Экспериментальные исследования
1.1.3. Современное состояние предмета
1.2. Теоретические работы по турбулентным течениям газовзвесей в каналах
1.2.1 Классификация математических моделей
1.2.2. Обзор математических моделей по турбулентным течениям газовзвесей каналах
1.3. Выводы
2. Математическое моделирование неизотермических турбулентных течений газовзвеси в каналах на основе континуального подхода
2.1. Система уравнений
2.2. Модель турбулентности
2.3. Граничные условия
2.4. Вычислительные процедуры
2.5. Результаты тестирования математической модели
2.6. Выводы
3. Математическое моделирование неизотермических турбулентных течений газовзвеси в каналах на основе смешанного эйлерово-лагранжева представления

Здесь <р- дифференцируемый параметр; Б- члены уравнения, не содержащие дифференцируемого параметра. Для сгущения узлов контрольно- разностной сетки у стенки использовалось логарифмическое преобразование координат вида С = 1п(г0 - г + 5), 8 - масштаб сгущения.
Переходя к преобразованным координатам, получим:

Теперь, запишем дифференциальное уравнение в конечно- разностном виде:

После группирования членов в конечно- разностном аналоге дифференциального уравнения (2.32) в соответствующем узле конечноразностной сетки, в окончательном виде запишем: