Исследование структуры турбулентных гетерогенных потоков "газ - твердые частицы"

• Автор: Вараксин, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 297 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Основные условные обозначения
Введение
Глава ЕКраткие сведения о гетерогенных турбулентных
потоках
1.1 .Предварительные замечания
1.2.0сновные характеристики гетерогенных потоков
1.3.Классификация гетерог енных турбулентных потоков
1.4.Цели работы
Глава 2.Физическое моделирование течений газа
с частицами
2.1 .Предварительные замечания
2.2.Метод ЛДА и его преимущества
2.3.0собенности и задачи экспериментального изучения
гетерогенных потоков
2.4.0собенности изучения поведения твердых частиц
2.4.1.Оптимизация параметров ЛДА
2.4.2.Измерения скоростей полидисперсных частиц
2.4.3.Измерения скоростей бидисперсных частиц
2.4.4.Контроль точности измерения скоростей частиц
2.4.5.Измерение относительной концентрации частиц
2.5.0собенности изучения влияния твердых частиц
на течение газа
2.5.1 .Перекрестная помеха. Методы селекции сигналов
2.5.2.0ценка эффективности амплитудной селекции
сигналов
2.5.3.Контроль селекции сигналов
2.6.Экспериментальные установки и используемые частицы
2.7.Выводы
Глава З.Течения газа с частицами в каналах
3.1.Предварительные замечания
3.2.Краткий обзор и анализ работ
3.2.1.Поведение твердых частиц и их влияние на
течение газа
3.2.2.Попытки обобщения данных
3.3.Экспериментальное исследование слабозапыленного
неравновесного течения в трубе. Поведение частиц
З.ЗЛ.Характеристики движения частиц
3.3.2.Пульсации скоростей частиц. Влияние концентрации
3.3.3.Характеристики движения бидисперсных частиц

ЗАЭкспериментальное исследование слабозапыленного
неравновесного течения в трубе. Влияние частиц на газ
3.4.1.Восходящее течение
3.4.2,Опускное течение
3.5.Математическое моделирование влияния частиц
на энергию турбулентности газа
3.5.1 .Диссипация энергии турбулентности мелкими
частицами
3.5.2.Генерация энергии турбулентности крупными частицами
3.5.3.Влияние частиц на энергию турбулентности газа
3.6.Вывод ы
Глава 4.0бтекание тел потоками с частицами
4.1 .Предварительные замечания
4.2.Краткий обзор и анализ работ
4.2.1.Течение в области критической точки
4.2.2.Течение в пограничном слое
4.2.3.Сопротивление тел в потоках с частицами
4.3.Экспериментальное исследование слабозапыленного
неравновесного течения в области критической точки
4.3,1.Обтекание тела с полусферической кромкой
4.3.2.Обтекание тела с плоской кромкой
4.3.3.Обобщение данных
4.4.Экспериментальное исследование слабозапыленного
неравновесного течения в пограничном слое
4.4.1 .Распределения скоростей фаз в ламинарном пограничном слое
4.4.2.Влияние частиц на начало ламинарно-турбулентного перехода
4.4.3.Распределения скоростей фаз в переходной области и турбулентном пограничном слое
4.5,Выводы
Глава 5.Некоторые возможности использования результатов.
5.1.Предварительные замечания
5.2.Диагностика течений газа с частицами
5.3.Модификация турбулентности твердыми частицами
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Размерные величины
О - диаметр трубы, м; й - радиус трубы, м;
г - расстояние от оси трубы, м;
/ - длина пути смешения Прандтля-Никурадзе, м;
р - плотность газа, кг/м3; рр - плотность материала частицы, кг/м3; сір - диаметр частицы, м;
х, у, г - осевая, радиальная и азимутальная координата в декартовой системе координат, м; х,г,<р- осевая, радиальная и азимутальная координата в цилиндрической системе координат, м; м, - проекции мгновенной скорости газа, м/с;
V; - проекции мгновенной скорости частиц, м/с;
и і - проекции осредненной скорости газа, м/с;
Г,- - проекции осредненной скорости частицы, м/с;
И; - проекции пульсационной скорости газа, м/с;
- проекции пульсационной скорости частицы, м/с; и* - динамическая скорость, м/с;
г/*0 - динамическая скорость при отсутствии частиц, м/с;
/ - мгновенная температура газа, К;
- мгновенная температура частицы, К;
Т - осредненная температура газа, К;
Тр - осредненная температура частицы, К;

частиц стекла диаметром 800 мкм равна 1,4 м/с и практически постоянна по сечению трубы. В то же время простые теоретические оценки показывают, что данный восходящий воздушный поток не должен был увлекать такие крупные частицы, так как их взвешивающая скорость (скорость витания) превосходит скорость потока. Следовательно, к полученному в этой работе значению скорости крупных частиц надо относиться критически.
В связи с изложенным выше ясно, что проведение корректных ЛДА-измерений в гетерогенных потоках-приобретает особую актуальность.
Изучение гетерогенных потоков преследует решение двух основных классов задач [16]:
1) исследование поведения частиц дисперсной фазы, движущихся в потоке газа (жидкости). Это предполагает проведение измерений размеров дисперсных включений (в случае полидисперсного потока), а также полей их мгновенных скоростей и концентраций;
2) исследование обратного влияния дисперсной фазы на характеристики течения несущей фазы. Для этого необходимо проведение измерений полей мгновенных скоростей частиц-трассеров, моделирующих движение сплошной среды, в присутствии дисперсной фазы и их последующей статистической обработки.
Ниже будут рассмотрены некоторые вопросы, касающиеся решения этих классов задач.
2.4.0собенности изучения поведения твердых частиц
Основной задачей ЛДА-исследований характеристик движения крупных частиц, представляющих дисперсную фазу гетерогенного потока, является измерение их мгновенных скоростей. Сірого говоря, выпускаемые ЛДА предназначены для измерения скоростей мелких частиц-трассеров, моделирующих движение несущей сплошной среды.