Численное моделирование процесса конденсации в сверхзвуковом потоке в сопле Лаваля

• Автор: Шишкина, Лариса Владимировна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. Возможные подходы к решению поставленной
задачи; некоторые результаты физических и численных экспериментов
1.1.Анализ экспериментальной информации
1.2. Квазихимические методы; мономолекулярная теория конденсации
1.3. Некоторые результаты моделирования спонтанно конденсирующихся потоков в соплах
1.4. Метод молекулярной динамики
2. Одномерная математическая модель
течения смеси в сверхзвуковой части сопла Лаваля
2.1. Уравнения газовой динамики
2.2. Уравнения конденсации
3. Алгоритм расчета для одномерной математической модели течения смеси в сверхзвуковой части сопла Лаваля
3.1. Алгоритм расчета уравнений газовой динамики
3.2. Алгоритм расчета уравнений конденсации

4. Результаты численных исследований для
одномерной математической модели газодинамичнских процессов
4.1. Моделирование течения смеси Ре + Аг в сверхзвуковых конических соплах
4.2. Моделирование течения смеси вода + воздух
5. Двумерная математическая модель
течения смеси в сверхзвуковой части сопла Лаваля
6. Алгоритм расчета для двумерной математической модели течения смеси в сверхзвуковой части сопла Лаваля
7. Результаты численного моделирования осесимметричных вязких течений
7.1. Моделирование поведения сверхзвукового потока невязкого газа в сужающемся сопле
7.2. Исследование сходимости задачи о поведении потока вязкого газа
7.3. Моделирование осесимметричных вязких потоков водяного пара и воздуха
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время все большее применение в технике находят изделия полученные с помощью нанотехнологий. Достаточно упомянуть здесь о сверхтонких защитных покрытиях с уникальными свойствами, фотопленках с огромной разрешающей способностью, малогабаритных процессорах для ЭВМ нового поколения, чтобы оценить перспективность и актуальность развития этого направления. Однако контроль за качеством продуктов таких технологий достаточно трудоемкая и дорогостоящая вещь, т.к. производится он на дорогостоящем оборудовании. Кроме того на величину получаемых частиц влияет множество факторов внешней среды, а это сложно и дорого учитывать, опираясь только на экспериментально получаемые результаты, поэтому и требуется сегодня развитие надежных методов математического моделирования процессов получения таких изделий.
Одним из методов получения ультрадисперсных покрытий является осаждение частиц из пара в результате охлаждения его в сопле. На основе этого явления в нашем институте разрабатывается специальная установка [54].
Большой вклад в изучение и работку математических моделей таких процессов внесли Беккер Р., Деринг В.,Зельдович Я.Б., Френкель Я.И., Пиру-мов У.Г. с соавторами, а также Крестинин A.B. с соавторами, Дейч М.Е., Филипов Г.А., Качуринер Ю.Я., Тревгода А.М., Давыдов Л.М., Ткаленко P.A., Иткин А.Л., Колесниченко Е.Г., Чирихин A.B., Чуканов В.Н. с соавторами и многие другие, занимающиеся физическими и численными экспериментами в этой области. Однако влияние пограничного слоя в численном эксперименте практически никем не учитывалось, хотя в узких и длинных соплах, обычно
му необходимо знать заранее форму струйки тока или плотности тока IV. Для обратной задачи задается либо давление, либо плотность, либо скорость. В результате проведенных расчетов было выяснено, что плотность, скорость, а значит и поток изменяются в течениях с конденсацией минимально по сравнению с другими параметрами, поэтому естественно было бы рассчитать эти параметры для замороженного течения, а затем уже в имеющихся данных (скорости, плотности, потоке) делать поправки на конденсацию.
На рис.4.2 представлено характерное изменение основных параметров. Следует отметить, что в зависимости от степени расширения канала равновесное состояние может и не наступить. Можно отметить также, что переход в состояние насыщения происходит почти скачкообразно при больших давлениях и малых числах Маха, при увеличении числа Маха (уменьшении р) наблюдается более плавный переход.
Согласование расчетных и экспериментальных данных чаще всего происходит за счет варьирования коэффициентов аак, р1°, си в формуле для АО [21 ], но возможны также поправки к скорости нуклеации [ 21 ] или аппроксимации (1.2).
Анализируя полученные результаты, авторы пришли к следующим выводам:
- неконденсирующийся компонент слабо влияет на величину переохлаждения, но существенно увеличивает скорость роста, а значит и размер капель, особенно при низких температурах;
- с увеличением к =С/СУ переохлаждение АТ несколько уменьшается;
-влияние температуры насыщения Т5 на перегрев пара АТ сложное: перегрев может быть очень большим, особенно при резком охлаждении и очень малых Г5; при увеличении Т3 до умеренных АТ убывает до некоторого значения, а затем может расти, оставаться постоянным или даже