Исследование влияния акустического поля на тепло-массоперенос

• Автор: Тимошенко, Игорь Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 ОБЗОР ОСНОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ С ОБМЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ
1.1. Основные факторы воздействия акустических волн на процессы тепло - массообмена
1.2. У величение коэффициента диффузии в акустическом поле
1.2.1. Основные факторы влияния акустического поля на коэффициент диффузий
1.2.2. Поглощение энергии звуковой волны
1.2.3. Адиабатическое сжатие среды в звуковом поле
1.2.4. Взаимодействие звуковой волны с границей раздела при нормальном падении
1.2.5. Анализ влияния рассмотренных механизмов на увеличение коэффициента диффузии в звуковом поле
1.3. Увеличение градиента концентрации на границе раздела в акустическом поле
1.3.1. Основные факторы влияния акустического поля на градиент концентрации
1.3.2. Увеличение градиента концентрации в газовых средах
1.3.3. Увеличение градиента концентрации в жидкости
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛО- И МАССОПЕРЕНОСА В ГЕРЕРОГЕННЫХ СИСТЕМАХ В УСЛОВИЯХ МОЩНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
2.1. Общая постановка задачи о расчёте параметров термодинамической системы
2.2. Приведение условий задачи о теплопереносе к безразмерному видуЗб
2.3. Обобщение безразмерных условий задачи о теплопереносе на процессы массопереноса
2.4. Учёт влияния акустического поля на величину коэффициента тсплоперсноса за счёт акустической конвекции
2.5. Определение общего вида коэффициента теплопереноса в условиях акустической конвекции из анализа его размерности
2.6. Определение коэффициента теплопереноса путём решения краевой задачи для уравнения Прандтля
3. МЕТОДИКА РАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ АКУСТИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЙ
3.1. Основные классы задач для уравнения теплопроводности
3.2. Решение третьей краевой задачи для уравнения теплопроводности методом разделения переменных
3.3. Методика учёта влияния акустических течений при расчёте параметров теплопереноса

3.4. Методика учёта влияния акустических течений при расчёте
параметров массообмена
3.5. Моделирование массообменных процессов на примере
термодинамической системы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕНА В АКУСТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
5. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОЗДЕЙСТВИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ТЕПЛОПЕРЕНОС
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1: ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПЛАТЫ МНОГОКАНАЛЬНОГО АЦП ADC 100
1. Общее описание платы
2. Конструкция платы
3. Входные/выходные сигналы
4. Программирование платы
ПРИЛОЖЕНИЕ 2: ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАБОТЫ С ПЛАТОЙ АЦП ADC 100/12-8 В СОСТАВЕ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Введение
1. Общие сведения о программе
1.1. Методика обработки данных в программе
1.2. Описание интерфейса программы
2. Работа с программой
2.1. Установка и удаление программы
2.2. Запуск программы
2.3. Работа программы
2.4. Завершение работы программы
ПРИЛОЖЕНИЕ 3: ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЁТА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ОБРАЗЦЕ
Введение
1. Общее описание программы
2. Исходный текст программы
ВВЕДЕНИЕ
Изучение теплообменных и массообменных процессов, как физического явления, имеет большое прикладное значение для решения многих исследовательских и инженерных задач. Круг явлений, в которых существенны теплопроводность, диффузия и взаимосвязанный тепло- и массоперенос, чрезвычайно широк и затрагивает практически все области естествознания, начиная от атмосферных и геофизических явлений и до вопросов жизнедеятельности в биологии. Теплообменные и массообменные процессы в настоящее время нашли самое широкое применение в разных отраслях промышленности, от металлургии и нефтепереработки до пищевой промышленности и фармакологии. Для каждой из этих отраслей большое значение имеет интенсификация и оптимизация технологических процессов с цслыо получения высококачественной конкурентоспособной продукции, экономного использования сырья и эффективной утилизации отходов. Создание нового высокоэффективного тепло- и массообменного оборудования требует новых технических решений, основанных на применении различных физических методов. Одним из таких методов может бы гь использование энергии акустического поля. Воздействие ультразвука большой интенсивности на физико-химические процессы, связанные с тепло и массообменном, оказывает на них существенное влияние и может способствовать их заметной интенсификации.
При этом нужно учитывать, что «понимание физических механизмов ультразвуковых процессов есть единственная основа рационального подхода к конструированию технологической аппаратуры и выбору оптимальных режимов. Чисто эмпирический подход к решению этих вопросов не даёт сколько-нибудь удовлетворительных результатов, так как картина, возникающая в звуковом поле высокой интенсивности, сложна и многообразна» [1].

можно сделать, решив уравнение движения, но на практике это связанно со значительными математическими трудностями, поэтому при практических расчетах прибегают к упрощениям, рассматривают движение жидкости только в непосредственной близости от границы (в пограничном слое). Такой путь приводит к правильному виду основных зависимостей для теплопередачи. Однако входящие в эти зависимости числовые коэффициенты могут отличаться от тех, которые содержатся в точных решениях (если они найдены), и должны корректироваться по данным опыта. Указанный недостаток не является существенным, поскольку физические свойства реальных жидкостей зависят от параметров состояния (главным образом от температуры) и числовые коэффициенты «точных» решений все равно нуждаются в коррекции.
Рассмотрим задачу о расчете параметров теплопереноса в упрощённой постановке. На первом этапе определим пространственно-временное распределение температуры в твердой среде, учитывая условия теплопереноса в воде.
Количество тепла, подведенное из безграничной среды к граничной поверхности 5 , за счет теплопроводности, для случая неподвижных сред, по закону Фурье:
где Л1 = t - - рассматриваемый интервал времени,
а2- теплопроводность воды,
Ах - характерный размер в направлении теплового потока, д — плотность потока теплоты.
С другой стороны, количество тепла, перенесенное через поверхность твёрдого тела, выраженное из его физических параметров, будет:
(2.2)
(2.3)
где р - плотность твердого тела,
Су- удельная теплоемкость твёрдого тела при постоянном объеме,