Математическое моделирование гидротермической структуры свободноконвективного переноса криогенных жидкостей в наземных стационарных хранилищах

• Автор: Слюсарев, Михаил Иванович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 388 с. : 34 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СВОБОДНОКОНВЕКТИВНЫХ ТЕЧЕНИЙ ВО ВНУТРЕННИХ ЗАДАЧАХ
1.1 Общие подходы к синтезу математических моделей-свободноконвективного переноса вязких несжимаемых жидкостей
1.2 Формализованная запись основных уравнений
1.3 Типы постановок граничных условий на смоченной и свободной поверхностях
1.4 Экспериментальные данные по структуре гидродинамических и тепловых полей. Основные интегральные характеристики явлений переноса
1.4.1 Основные подходы в реализации экспериментов
1.4.2 Аппаратурная база экспериментальных исследований
1.4.3 Результаты экспериментальных исследований внутренних задач свободной конвекции
1.5 Аналитические и приближенные методы решения уравнений переноса импульса, энергии и массы
1.6 Вычислительные технологии интегрирования уравнений Навье-Стокса в приближении Обербека-Буссинеска
1.6.1 Вычислительный эксперимент как основной инструмент исследования
1.6.2 Математическое описание детерминированных объектов
1.6.3 Организация вычислительных процедур
1.6.4 Анализ результатов вычислительного эксперимента в задачах свободной конвекции
1.7 Особенности моделирования процесса хранения криогенных жидкостей в резервуарах различной геометрии
1.8 Предметно-ориентированное использование

математического моделирования процесса явлений переноса в жидкостных криогенных системах
1.9 Выводы, цель и задачи исследования
ГЛАВА 2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЗАДАЧИ КОНДУКТИВНО-ЛАМИНАРНОГО РЕЖИМА СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИ ,
2.1 Кондуктивный режим свободной конвекции в
ограниченном цилиндре при граничных условиях первого рода
2.1.1 Постановка задачи
2.1.2 Решение задачи
2.1.3 Анализ решения
2.2 Нестационарное температурное поле в ограниченном
цилиндре при неоднородно заданных постоянных тепловых потоках на границах
2.2.1 Математическая формулировка задачи
2.2.2 Решение задачи методом интегральных
преобразований
2.2.3 Вычислительный эксперимент и анализ результатов
2.3 Нестационарное температурное поле в ограниченном
цилиндре при смешанных граничных условиях
2.3.1 Постановка первой и второй смешанных задач
2.3.2 Решение первой смешанной задачи
2.3.3 Решение второй смешанной задачи
2.4 Кондуктивно-ламинарный режим свободной конвекции в квадратной области
2.4.1 Аналитическое решение первой тестовой задачи свободной конвекции для кондуктивно—ламинарного режима
2.4.1.1 Формулировка задачи
2.4.1.2 Решение задачи
2.4.1.3 Анализ решения
2.4.2 Кондуктивно-ламинарная естественная конвекция

ньютоновской тепловыделяющей жидкости в квадратной каверне с постоянной температурой стенок
2.4.2.1 Формулировка задачи
2.4.2.2 Решение
2.4.2.3 Анализ решения
2.4.3 Нестационарная кондуктивно-ламинарная свободная конвекция ньютоновской жидкости в квадратной каверне
2.4.3.1 Постановка задачи
2.4.3.2 Решение
2.4.3.3 Анализ решения
2.5 Выводы
ГЛАВА 3. НЕКОТОРЫЕ АНАЛИТИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЗАДАЧИ ЛАМИНАРНОГО РЕЖИМА СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИ
3.1 Свободно-конвективный перенос ньютоновской среды у вертикальной границы с заданным законом изменения температуры
3.1.1 Общий случай
3.1.2 Мгновенное изменение температуры стенки
3.1.3 Изменение температуры стенки по закону дельтафункции
3.1.4 Периодическое нагревание и охлаждение стенки
3.1.5 Мгновенное изменение теплового потока через стенку
3.2 Сопряжённая тепловая и концентрационная свободная конвекция у вертикальной бесконечной границы
3.2.1 Постановка задачи
3.2.2 Решение уравнений модели
3.2.3 Анализ решения
3.3. Ламинарная термоконвекция ньютоновской жидкости в неограниченном вертикальном плоском канале
3.3.1 Формулировка задачи для случая тепловых граничных условий первого рода
3.3.2 Интегрирование уравнений модели

технических затруднений и позволяет оценить возмущающие факторы. Сканирование нестационарных полей в лучшем случае удается выполнить только вдоль некоторых линий.
В полевых методах измерения выполняются одновременно для, всех точек некоторого’ объема жидкости. Очевидно, что полевые измерения могут быть только бесконтактными. Типичным, примером полевых методов являются теневые и интерферометрические измерения' распределений плотности жидкости или газа в двумерных потоках, [41-45]. Мгновенное распределение плотности*регистрируется в этом случае на одном снимке. Распространенным полевым методом измерения скорости* является фотографирование светорассеивающих частиц.
В интегральных методах измеряются величины, которые являются, функционалами от распределенных скоростей и температур. К типичным-примерам* таких величин можно отнести полный тепловой'поток через некоторую поверхность, результирующую силу, действующую на обтекаемое потоком тело, среднюю температуру объема жидкости. С увеличением числа измеряемых в опыте интегральных величин конвективное движение описывается ими с возрастающей подробностью. Если эти величины образуют непрерывные множество, зависящее от того же числа переменных, что и исследуемое поле, то можно поставить задачу о восстановлении поля*по его интегральным характеристикам.
1.4.2. Аппаратурная база экспериментальных исследований
Локальные измерения температуры при естественной конвекции выполняются с помощью миниатюрных термопар и термометров сопротивления (рис. 1.2). Основными характеристиками локальных датчиков являются пространственно-временное разрешение и чувствительность. Термометры сопротивления могут обеспечивать пространственное разрешение порядка