Математическое моделирование тепло- и массопереноса в испарительном теплообменнике

• Автор: Мингулов, Хамзя Ильясович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 102 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Аналитический обзор и постановка задачи
Глава 1. Течение с переменным расходом массы
в цилиндрическом канале
1.1. Цилиндрическая тепловая труба
1.1.1. Математическая постановка задачи
1.1.2. Безразмерные преобразования
1.1.3. Течение пара в цилиндрическом конденсаторе
для чисел Рейнольдса Яе >
1.1.4. Метод асимптотического сращивания
1.1.5. Полученные результаты и их анализ
1.2. Решение задачи о течении пара в цилиндрическом испарителе
для чисел Рейнольдса Яе >
1.3. Численное решение задачи о течении пара в цилиндрическом
канале испарителя для чисел Рейнольдса 0 < Яе <
1.4. Полученные результаты и их анализ
Глава 2. Течение с переменным расходом массы в плоском канале
2.1. Течение пара в зоне испарения плоского теплообменника
2.2. Численное решение задачи о ламинарном течении в плоском канале
со вдувом массы для чисел Рейнольдса 1 < Яе <
2.3. Анализ полученных результатов
Глава 3. Испарение капли в градиентном потоке
3.1. Движение капли в потоке Пуазейля
3.1.1. Уравнение продольного движения
3.1.2. Уравнение радиального движения
3.1.3. Уравнение окружного движения
3.1.4. Уравнение вращательного движения капли вокруг
ее продольной оси симметрии
3.1.5. Численное решение задачи

3.2. Испарение одиночной капли в потоке Пуазейля
3.2.1. Уравнения движения и массообмена
3.2.2. Результаты численного решения задачи
Глава 4. Теплоотдача при конденсации пара
на плоской вертикальной стенке
4.1. Постановка задачи
4.2. Безразмерные переменные и критерии подобия
4.3. Решение задачи. Нулевое приближение
4.4. Оценка касательного напряжения на границе пленки
4.5. Первое приближение. Учет инерции
Основные результаты работы и выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Аналитический обзор и постановка задачи
Активное использование процессов испарения и конденсации в технике началось с открытием цикла Карно и его технической реализации в паровом двигателе. В настоящее время переходы между жидкой и газообразной фазами присутствуют в топливных системах ракетных, авиационных и других двигателей при использовании криогенного топлива [45; 54; 95], причем можно выделить как управляемые переходы, например, испарение топлива и окислителя перед сгоранием, так и нежелательные, например, кавитационные эффекты при колебаниях давления между топливным насосом и двигателем. Процесс испарения и конденсации может проходить не только из-за теплообмена жидкости с окружающей средой, но и из-за внутренних химических реакций [80]. В частности, актуальной является задача об испарении капель жидкого топлива в различных тепловых двигателях [10; 29; 69; 72; 91; 101; 103; 145; 142], а также о кинетике капель топлива в процессе их сгорания [107; 108; 124; 143].
В некоторых случаях конденсация парогазовой среды на стенки каналов может приводить к образованию пленки жидкости, которая начинает влиять на процессы, связанные с движением основной среды [29; 58; 96]. Например, конденсация водяных паров в газопроводах может приводить к образованию водяных пробок, препятствующих перекачке газа. В этом случае актуальной становится задача прогнозирования условий, способствующих конденсации водяных паров и своевременному эффективному их отводу из потенциально опасных мест.
Другим примером использования процессов фазового перехода с положительным эффектом являются различного рода тепловые трубы, предназначенные для передачи тепла за счет испарения жидкости в зоне тепловых нагрузок и конденсации в зоне теплоотбора [15]. Эффективность работы тепловой трубы зависит от многих факторов: тепловой нагрузки, длины трубы, плотности капиллярных канавок. Влияние физических свойств теплоносителя на работу тепловой среды рассмотрено в [34]. Научное исследование позволяет прогнозировать работу теп-

Выводы по главе
1. Получено решение нелинейного дифференциального уравнения третьего порядка с малым параметром при старшей производной методом асимптотических сращиваний. Область полученного решения Яе > 100.
2. Поле скоростей совпадает с известным результатом с точностью, не превышающей 6%. Сравнение с экспериментом дает расхождение 23,5%.
3. Получено численное решение задачи для течения пара в цилиндрическом испарителе в диапазоне 0 < Яе < 40 . Сравнение с известными данными дает различие ~ 10%.
4. Для Б1е > 40 численное решение расходится, поскольку в уравнении движения появляется малый параметр при старшей производной и стандартный математический пакет МаЛсаб не позволяет получить численного решения. Данный результат подтверждает актуальность построения приближенных аналитических решений.