Газодинамика и теплообмен при соударении прямоточных газовых струй тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат наук Худяков, Павел Юрьевич

• Худяков, Павел Юрьевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Худяков, Павел Юрьевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 .СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Закономерности газодинамики соударяющихся струй

1.2. Структурный подход к описанию турбулентности

1.3. Выводы и постановка задач исследования

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

2.1. Описание экспериментальной установки

2.2. Методика тепловизионного исследования соударяющихся струй

2.3.Экспериментальная установка для оценки локальной теплонапряженности области взаимодействия факелов

2.4. Методики обработки экспериментальных данных

3. ГАЗОДИНАМИКА ПРЯМОТОЧНЫХ СОУДАРЯЮЩИХСЯ СТРУЙ

3.1. Режимы термомеханического взаимодействия низкотемпературных газовых струй

3.2. Методика определения границ области взаимодействия газовых струй

3.3. Особенности термической структуры области соударения высокотемпературных струй

3.4. Применение вейвлет-преобразования и МАГК для идентификации структурных образований в высокотемпературных газовых струях

4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СОУДАРЯЮЩИХСЯ СТРУЙ

4.1. Количественная оценка теплового взаимодействия при соударении низкотемпературных газовых струй

4.2. Обобщение данных по теплообмену при соударении низкотемпературных газовых струй

4.3. Локальная теплонапряженность области взаимодействия высокотемпературных струй

4.4. Термонапряженность потока

5. ВОПРОСЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

5.1. Управление положением и характеристиками температурного поля области соударения струй в режиме реального времени

5.2. Определение наличия факела, его границ, положения в агрегате и обнаружение касания факелом технологической поверхности

5.3. Частотные методы воздействия на термическую структуру факела

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Газодинамика и теплообмен при соударении прямоточных газовых струй»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы (проблемы). Газовые струйные течения, в частности соударяющиеся низкотемпературные струи и факелы, широко применяются в различных промышленных технологиях. Исследованию их главным образом газодинамических свойств посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ, базирующихся, как правило, на квазистационарном подходе к описанию явлений переноса.

При изучении соударяющихся струй большинство авторов уделяет основное внимание итоговому, результирующему течению, и лишь в отдельных работах рассматриваются вопросы формирования области соударения, хотя именно из нее проистекает результирующий поток. В литературе практически отсутствуют сведения о закономерностях теплообмена в области соударения, не раскрыт механизм теплопереноса при соударении струй.

Для решения задач изучения области ударного взаимодействия, а также для разработки способов количественной оценки характеристик теплообмена при смешении потоков необходимо применение иных, по сравнению с ранее использованными, методов исследования, позволяющих получать информацию о мгновенном поле значений характеристических величин.

Кроме того, применение в промышленности таких полевых методик открывает перспективу создания новых способов управления энергетическими агрегатами, использующими соударяющиеся газовые потоки, что позволит повысить точность и качество управления технологическим процессом.

Цель работы в теоретическом аспекте состояла в том, чтобы разработать полевую методику идентификации структур в области взаимодействия соударяющихся струй, создать способы количественной оценки теплообмена при соударении струй с разной температурой и способы расчета теплонапряженности зоны взаимодействия для равнонагретых высокотемпературных потоков.

В практическом плане ставилась задача разработать на основе данных о динамике теплопереноса новую концепцию автоматизированного управления

технологическими процессами, в которых применяются соударяющиеся газовые струи и факелы.

Объекты исследований. В целях достижения общности методов исследования и последующих представлений были выбраны течения газов, заведомо обладающие различными исходными свойствами: низко- и высокотемпературные соударяющиеся газовые струи.

Научная новизна основных положений работы заключается в том, что автором впервые:

- разработан полевой метод определения границ и идентификации термической структуры области соударения газовых потоков;

- обнаружены режимы термомеханического взаимодействия потоков, значительно отличающиеся от существующих представлений;

- выявлено, что режим термомеханического взаимодействия потоков определяющим образом зависит от безразмерной разности температур соударяющихся течений;

- разработан метод количественной оценки теплопереноса при встречном взаимодействии потоков с разной температурой;

- найдена зависимость изменения характеристик теплообмена соударяющихся струй от различных факторов;

- разработана методика анализа локальной теплонапряженности в зоне столкновения факелов;

- предложен способ быстродействующего фазочастотного анализа соударяющихся факелов, позволяющий уточнить сведения о структуре потока;

- разработаны методики комплексного вейвлет-анализа, непрерывного и дискретного вейвлет-анализа и метод анализа главных компонент для идентификации структурных образований в свободных и соударяющихся факелах;

- установлено, что в газовых факелах существуют структурные области, в которых температура при одинаковой частоте пульсирует в разных фазах;

- создана промышленная методика, позволяющая установить границы факела на фоне технологической поверхности и распознать возникающие в нем структурные образования;

- предложены практические методики регистрации наличия в рабочем пространстве газовых струй и определения координат области их взаимодействия;

- разработан способ управления местоположением области взаимодействия газовых струй.

Достоверность результатов основывается на надежности экспериментальных данных, полученных сочетанием независимых методик исследования и подтвержденных воспроизводимостью результатов измерений, их хорошим согласованием на уровне тестовых опытов с данными других авторов, а также применением комплекса современных методов исследования, подбором измерительной аппаратуры, ее систематической поверкой и тарировкой.

Практическая значимость заключается:

- в определении характеристик теплообмена при соударении прямоточных газовых струй и обобщении их в виде критериального уравнения, что может быть применено в инженерных расчетах;

- в разработке методики тепловизионного определения области взаимодействия струй в промышленных условиях, реализация которой (полезная модель) защищена патентом РФ;

- в создании алгоритма и принципиальной схемы автоматизированного управления положением области взаимодействия факелов в рабочем пространстве энергетических агрегатов на основе тепловизионного сканирования топочного пространства;

- в создании методики, позволяющей определять локальную теплонапряженность при взаимодействии факелов и тем самым оценить интенсивность процессов в зоне соударения.

Автор защищает:

- методику идентификации термической структуры течения в области взаимодействия соударяющихся прямоточных газовых потоков и полученные с ее помощью сведения о структурных образованиях в этой зоне;

- методику количественной оценки теплопереноса при взаимопроникновении встречных газовых течений и экспериментальные данные по теплообмену соударяющихся прямоточных газовых струй в зависимости от параметров струйной системы;

- методику идентификации структурных образований в отдельном факеле и системах факелов;

- способ определения координат расположения области взаимодействия факелов в топочном пространстве энергетического агрегата.

Личный вклад автора состоит в том, что им на основе анализа литературных источников поставлены задачи исследования, разработаны основные методики, спроектированы и отлажены экспериментальные установки, проведены опыты, обработаны и проанализированы полученные экспериментальные данные, а также предложены пути практической реализации полученных сведений в промышленности.

Автором разработана методика оценки теплового взаимодействия и теплонапряженности области соударения газовых потоков, а также методики Фурье-анализа и вейвлет-анализа последовательностей термограмм с целью выявления турбулентных структур в потоке.

Реализация работы. Полученные данные могут быть применены при разработке методики оптимизации характеристик управляющего воздействия на систему соударяющихся факелов при различных режимах работы топочно-горелочных устройств как энергетических, так и промышленных агрегатов.

Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и были представлены на: XVIII всероссийской научно-практической конференции «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность» (Томск, 2012); на VIII международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия - 2013» (Иваново, 2013); на семинарах в Институте теплофизики УрО РАН (Екатеринбург, 2013).

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ и получен патент РФ на полезную модель, в т.ч. 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и 2 статьи в международных рецензируемых журналах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, содержащего 121 наименование, и приложений. Диссертация изложена на 125 страницах и снабжена 74 рисунками.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

В современной промышленности нашли широкое применение для различных технологических процессов низкотемпературные и высокотемпературные соударяющиеся прямоточные газовые струи. С их помощью осуществляются процессы охлаждения и нагревания технологических объемов, а также интенсификация процессов перемешивания. От того, насколько эффективно проистекают процессы тепло- и массопереноса в этих потоках, зависят и показатели эффектиности работы агрегата в целом.

Способ применения заключается в том, что струи направляют таким образом, чтобы происходило пересечение осей струй или их совпадение (угол встречи равен 180°). В результате происходит концентрация энергии в зоне взаимодействия потоков, усиливаются процессы переноса.

На сегодняшний день опубликовано большое количество работ [1 - 9], в которых рассматриваются газодинамические аспекты свободных незатопленных, затопленных и соударяющихся струй. Однако в литературе практически отсутствует сведения о закономерностях теплообмена, не раскрыт механизм теплопереноса при соударении струй. И только в отдельных работах [9, 10] приводятся экспериментальные или статистические данные по результатам исследований. На основании анализа литературных источников можно утверждать, что вопросы газодинамики и особенно теплообмена соударяющихся струй недостаточно изучены.

Приступая к рассмотрению имеющихся данных, прежде всего, определимся с терминологией, которая будет использована в данной работе. Под низкотемпературными будем понимать газовые потоки с температурой t от температуры при нормальных условиях до 300 °С: они используются в таких отраслях промышленности, как машиностроение, химическая промышленность, системы вентиляции и кондиционирования. Например, применение

соударяющихся воздушных струй в системах вентиляции приводит к интенсификации турбулентного переноса, что повышает эффективность подобных систем. К высокотемпературным газовым потокам (/ > 1200 °С) относятся факелы: они также широко применяются в энергетике, металлургии и горно-перерабатывающей промышленности. Особый практический интерес представляет турбулизация потока в результате соударения струй, так как именно при турбулентных режимах процессы переноса происходят наиболее интенсивно [1-3].

Следует отметить, что принцип соударения струй позволяет не только интенсифицировать смешение, но и управлять положением результирующего потока, изменяя соотношение расходов по соплам [5].

1.1. Закономерности газодинамики соударяющихся струй

Как уже отмечалось ранее, соударение струй является эффективным способом интенсификации различных процессов, и в том числе процессов тепломассопереноса, поэтому широко применяется в промышленных технологиях. При этом термомеханика соударения струй изучена недостаточно, и вряд ли может быть описана полностью известными методами. Причиной этому является сложность динамического механизма формирования результирующего течения, характеризуемого быстрым изменение вектора локальной скорости и высокой нестационарностью поля температур, концентраций и давлений.

Существует два основных подхода к изучению процессов происходящих при соударении струй. Первым является экспериментальный метод, который широко применялся в XX веке при исследовании подобных процессов. Вторым теоретическим методом является метод моделирования на основе аналитических решений или приближенного численного решения систем уравнений, описывающих процесс соударения.

Очевидно, что исследование процессов соударения струй выполнялось изначально с целью оптимизации режимов работы установок для различных промышленных отраслей.

Одними из первых российских исследований соударяющихся струй являются работы В.И. Миткалинного [8, 11], которые относятся к области металлургических печей и процессов горения.

В [8] проведено исследование деформации течения, возникающей при соударении газовых струй, вытекающих из насадок круглого и прямоугольного сечения, одинакового и разного размера. Целью этого исследования являлось определение влияния на деформацию потока угла встречи, формы сечения, размеров сопла и расстояния между ними (рисунок 1.1).

В результате было сделано заключение о том, что:

- при соударении двух струй образуется одна слившаяся результирующая

струя;

- поперечное сечение слившейся струи вначале имеет сплющенную эллипсообразную форму, которая затем постепенно переходит в круглую;

- сплющивание результирующей струи увеличивается с ростом угла соударения;

- на протяжении определённого участка, начинающегося от начальных сечений соударяющихся струй, результирующая струя не имеет прямолинейной границы, характерной для свободной осесимметричной струи.

В результирующей струе были выделены три участка: начальный, переходный и основной. Начальный участок, длина которого зависит от расстояния между насадками и угла встречи струй, начинается от среза насадок и кончается в месте соприкосновения струй. Переходный участок существует от места соприкосновения встречных струй до характерного расстояния, где значение относительной главной деформации ср = 1. Основной участок представляет собой свободную результирующую струю.

Степень деформации результирующей струи в зависимости от угла встречи соударяющихся струй В.И. Миткалинный предложил характеризовать

соотношением ширины в горизонтальной Ь и вертикальной плоскостях /?. Максимальное значение отношения Ь/к для углов встречи 10°, 20°, 30° и 40° составили соответственно 1,4, 2,4, 4,0 и 4,9. В направлении движения струи значение Ь/И уменьшается до 1 (рисунок 1.1). Поперечное сечение результирующей струи из эллипсообразной формы постепенно переходит в круглую с эпюрой скоростей, характерной для одиночной осесимметричной свободной струи.

Для описания потока в области столкновения было введено [11] понятие относительной главной деформации:

Ь-с/

ф=—' 0.1)

ио

где ¿/г - диаметр одной из соударяющихся струи в одинаково удаленном поперечном сечении;

- начальный диаметр исходной соударяющейся струи.

— — - . — — "Л" -о

-\ ——_ —_ 1 /

—2 -Г.,. 71

б

Рисунок 1.1. Изменение формы слившейся струи, образовавшейся при соударении двух свободных струй [11]: вертикальное сечение - а; горизонтальное сечение - б; Ъ - ширины в горизонтальной плоскости, И - ширина в вертикальной плоскости, а - угол между осями струй

Ширина слившейся струи Ъ определяется из выражения:

6 = (1.2)

при условии, что значение ср находится опытным путём. Сама величина ф зависит от угла встречи струй и отношения количеств движения для струй.

Аналогичное выражение приведено в [7] для случая соударения струй в неограниченном пространстве, а формула (1.2) дополнена эмпирическими константами для струй круглого поперечного сечения.

На рисунке 1.2 показана зависимость [11] главной деформации ф от безразмерной длины //¿/0, которая описывается уравнением:

1 -Ыс1п

Ф = 1-е (1.3)

где / - расстояние от сопла исходной струи до контрольного сечения;

Ь - приведенное расстояние, зависящее от угла соударения и исходных

параметров системы.

Уравнение 1.3 позволяет определить положение сечения, с которого слившиеся струи начинают распространяться как одна свободная результирующая струя. Начиная с этого сечения перестают действовать силы, вызывающие деформацию потока в результате соударения струй.

Это положение подтверждается тем, что скоростные поля для различных поперечных сечений становятся подобными. При этом наибольшее расплющивание струи наблюдается в случае соударения струй с равным количеством движения, рисунок 1.3 [11].

В опытах В.И. Миткалинного наблюдалось явление более интенсивного затухания слившейся струи по сравнению со свободной. Было установлено, что дальнобойность результирующей струи уменьшается с увеличением угла встречи. На основании полученных данных было сделано предположение о том, что с увеличением угла встречи сказываются сильнее тормозящее действие подсасываемых масс окружающего воздуха и размывание центрального ядра потока.

Рисунок 1.2. Деформация ф двух свободных струй в зависимости от угла встречи а (¿/0 = 24,1 мм) [11]

-2 основ 1. ~ 1 2. - 0,6 3. - 0.2 4. - 0,06

-1— -___4 —1—

О 5 10 15 20 ±

с1о

Рисунок 1.3. Деформация струй ф при соударении в зависимости от отношения количества движения атакующей /атак. и основной струи /основ [11]

Результаты исследований В.И. Миткалинного [11], позволяют установить направление слившейся струи, полученной от соударения двух свободных струй, в зависимости от их количества движения, угла встречи, отношения начальных сечений выпускных отверстий в узком диапазоне начальных геометрических

параметров. Им обнаружено эффективное перемешивание при взаимодействии струй.

К аналогичным выводам пришел A.A. Шатиль при исследовании соударяющихся струй аналитическим и экспериментальным методами [6] с целью оптимизации режимов работы топочных устройств и управления положением факела.

На рисунке 1.4 приведены зависимости тангенса угла наклона ср и безразмерных величин количества движения К =--, энергии Е = 4-—,

(/7 + 1)" {п + \)~

, от квадратного корня отношения расходов струй -

потери напора Р = 4

(л + 1)-

п

= sJgjg2.

tg(p

к, /•;, ар

0,5 0,4 0,3 0,2

0,1 о

4 ^

\ ->

^ 1 _ -

уС^

-■'"У L"" N

10

1,0

1

4

п

Рисунок 1.4. Зависимости тангенса угла наклона ср и безразмерных величин от квадратного корня отношения расходов струй - п\ \ - ^ (.р, 2- К 3- Е , 4 - АР , 5- опытные точки (при ср = 30°) [6]

Полуэмпирические выражения определения скорости потока были найдены в [6] для упрощенной модели, когда форма профиля скорости результирующей струи принималась в виде треугольника. При помощи выражений, полученных Г.Н. Абрамовичем [12] для свободной струи, определялся характер результирующего течения с эллиптическим поперечным сечением.

Согласно A.A. Шатнлю [6] значение отношения скоростей определяется

как:

0,98 р-0>щ = _ V Р

ю0 0,22-Х-^ф + 0,22 (1-4)

Б.Г. Худенко [13] было проведено экспериментальное исследование соударяющихся турбулентных струй и на основании полученных результатов (рисунок 1.5) им было сделано предположение о том, что струи, проникая друг в друга, образуют единый турбулентный поток с достаточно сложными и своеобразными профилями скорости, концентрации примесей, температуры и других параметров. Б.Г. Худенко установил, что в районе осей встречных струй статическое давление больше атмосферного. Это явление объясняется поворотом эжектированного потока в осевом направлении. Напротив, в зоне обратных потоков отмечено разряжение, обусловленное эжектированием воздуха из замкнутой области.

х-10 мм х=20м\\ x—30\i м х~40\т

7 - % г ( 7 7 У 7 ( 7 "7 У 7У

> п> ......> > > V > > г ) У У 7

-1 > 7 7 J 77 7 У 4 > % - У У У У У

ъ У ( ( > \ Рст > \

\

Рисунок 1.5. Схема векторов скорости и распределение статического давления при соударении струй [13]

В работе [13] также показано, что пересекающиеся струи в начальных сечениях от места встречи сохраняют свою индивидуальность, но векторы

скорости при этом пересекаются. На некотором расстоянии (х = 40 мм) следы отдельных струй всё ещё могут прослеживаться. На значительном удалении (х > 80 мм) результирующее течение представляет собой единое струйное течение.

При значении угла между осями соударяющихся струй менее 10° статическое давление изменяется незначительно. Оси взаимодействующих струй отклоняются от первоначального направления. Б.Г. Худенко объяснил деформацию осей взаимодействующих струй процессами эжекции окружающего воздуха.

Ю.Я. Галицким и Ю.А. Спиридоновым при исследовании процесса смешения соударяющихся струй [14, 15] процесс взаимодействия был рассмотрен с целью выявления механизма формирования результирующего трёхмерного течения со сложной вихревой структурой, с продольным и поперечным градиентом статического давления. Галицкий и Спиридонов изучали турбулентные характеристики слившихся струй, образованных соударением двух изотермических струй. Исследования были проведены для двух круглых встречных струй направленных под углами 30°, 90° и 150° для различных начальных расстояний между струями. Было установлено резкое увеличение турбулентности слившейся струи за начальным участком. Показано, что интенсивность турбулентных пульсаций зависит от угла соударения струй. При этом значение интенсивности турбулентности в начальном участке слившейся струи не зависит от турбулентности отдельных струй.

Интенсивность турбулентности результирующей струи увеличивается с ростом угла встречи. Наибольшее значение турбулентности имеет место при максимальном угле, равном 150°. Такое явление авторы называют эффектом поперечности потоков, который возникает, по их мнению, за счёт значительного преобразования кинетической энергии осреднённого движения потоков в энергию пульсационного движения слившегося потока.

Следует отметить, что в подавляющем большинстве исследования соударяющихся под углом струй скорость результирующей струи находится как

сумма скоростей исходных струй с учетом условий истечения и эмпирических поправок. Однако подобный подход не применим при изучении процессов взаимодействии встречно-соосных струй, т.к. в процессе соударения происходит существенное изменение структуры потока и часть кинетической энергии струй переходит в потенциальную энергию областей повышенного давления.

И.Т. Эльперин в работах по экспериментальному исследованию встречно-соосных струй [16, 17] рассматривает процесс соударения струй как удар двух струй о воображаемую непроницаемую плоскую стенку, расположенную перпендикулярно оси и симметрично встречным потокам. При этом выходящий поток воздуха рассматривается как свободная затопленная струя, вытекающая в неограниченное пространство, и имеет характерный профиль скоростей. Начиная с расстояния в два калибра до границы встречи струй, потоки деформируются: появляется провал в профиле аксиальных скоростей на оси потока, увеличивающийся по мере приближения к границе соударения струй, а векторы скоростей начинают поворачиваться в направлении, перпендикулярном оси сопла.

Эксперименты показали [16], что падение скорости в зоне встречи струй одновременно сопровождается некоторым повышением статического давления. Наиболее сложное изменение статического давления имеет место при взаимодействии встречных струй с одинаковым начальным импульсом.

На основании результатов, полученных И.Ф. Эльпериным, можно высказать предположение о том, что падение скорости в зоне встречи струй обусловлено как преобразованием кинетической энергии в потенциальную, так и диссипацией энергии.

В работе Т.П. Авдеевой [9] приведены результаты исследований полуограниченных встречных струй; при этом получены аппроксимирующие выражения для профилей скоростей и профили векторов скоростей для различных сечений.

В исследованиях [18, 19] измерены профили давления в различных точках потенциального течения соударяющихся под различными углами струй, введены аппроксимирующие выражения для этих профилей. Также получен поперечный

профиль давлений результирующей струи и выделена область перемешивания струй на основе данных, зафиксированных с помощью CCD-камеры (сокр. от англ. Charge-Coupled Device, ПЗС-матрица - прибор с зарядовой связью).

В работе [20] опубликованы результаты исследования двух параллельных струй, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга (1-2 калибра). Хотя в этом случае, оси потенциальных течений струй не пересекаются, а струи взаимодействуют в области раскрытия течения, изложенные в [20] результаты могут быть полезны при анализе механизма формирования результирующего течения после поворота струйных потоков. Авторы приводят частотные характеристики пульсации области взаимодействия потоков, полученные при измерением пульсаций газа в различных точках с использованием зондов и датчиков.

В рассмотренных выше работах речь идёт об экспериментальных данных, полученных для определённых диапазонов газодинамических и геометрических параметров. Обобщение же опытного материала и систематизация результатов авторами, как правило, не приводиться. При этом процесс взаимодействия встречных струй представляет собой сложное течение, теоретическое описание которого полуэмпирическими методами не получено. Однако имеется ряд работ [9, 21], в которых те или иные характеристики соударяющихся струй найдены в результате упрощенного моделирования процессов взаимодействия.

Для общего представления о качественной структуре течения в работах JI.A. Вулиса, В.П. Кашкарова и Г.П. Леонтьевой [22 - 27] используется приближённый приём грубого конструирования течения методом суперпозиции струй. Он основан на принципе геометрического сложения векторов скоростей обоих условно независимых течений или наложении полей динамических давлений (рисунок 1.6).

Использование этого метода допустимо только для области потенциального течения (на достаточном удалении от начальных участков обеих струй). В то время как процесс в зоне соударения струй сопровождается сложными гидродинамическими явлениями: возникновением меняющегося поля

статического давления, наличием пульсирующих аксиальных и радиальных составляющих скоростей, отсутствием подобия профиля скорости вдоль результирующего течения. Таким образом, при использовании метода суперпозиции, речь идёт о получении сугубо предварительной картины сложного течения.

Рисунок 1.6. Схема течения, созданного двумя встречными струями [24]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Худяков, Павел Юрьевич, 2013 год

Список использованной литературы

1. Дыбан, Е.П., Мазур А.И. Конвективный теплообмен при струйном обтекании тел. Киев: Наук. Думка, 1982. 303 с.

2. Вулис JI.A., Ярин Л.П. Аэродинамика факела. Л.: Энергия, 1978. 216 с.

3. Абрамович Т.Н. Теория турбулентных струй. М.: Наука, 1976. 623 с.

4. Дыбан Е.П., Мазур А.И., Давыденко И.Г. Система струй // Пром. теплотехника. 1991. № 21. С. 45-52.

5. Хзмалян Д.М. Теория топочных процессов: Учеб. Пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1990. 352 с.

6. Шатиль A.A. Топочные процессы и устройства (исследования и расчет). СПб.: АООТ "НПО ЦКТИ", 1997. 183 с.

7. Механика жидкости и газа: Учебное пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп./ Под ред. B.C. Швыдкого. М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. 464 с.

8. Миткалинный В.И. Турбулентные струйные течения в промышленных печах. М.: Металлургия, 1978. 86 с.

9. Авдеева Т.П. Воздухораспределение динамически неустойчивыми потоками: Автореф. дис. д.т.н. Санкт-Петербург, 2001. 27с.

10. Шепелев И.А. Аэродинамика воздушных потоков в помещении. М.: Стройиздат, 1978. 145 с.

11. Миткалинный В.И. Механика газов и жидкостей: Курс лекций. М.: Изд-во Московского ин-та стали, 1974. С. 24 - 25.

12. Абрамович Г.Н. Турбулентные свободные струи жидкостей и газов. М.: Госэнергоиздат, 1948. 415 с.

13. Худенко Б.Г. Деформация осей плоскопараллельных струй при их взаимоэжекции // Известия вузов: Авиационная техника. 1966. №2. С. 90-99.

14. Галицкий Ю.Я., Спиридонов Ю.А. Закономерности смешения взаимодействий попарно-соударяющихся струй с потоком // Сб. науч. ст. Моск. энергет. ин-та. №177. 1988. С.78 - 84.

15. Галицкий Ю.Я., Спиридонов Ю.А. Определяющий критерий интенсивности конвективного массопереноса в струйных течениях: Интенсификация процессов тепломассообмена в энергетических и технологических установках. М.: Межвуз. сб. науч. тр. Моск. энергет. ин-та. №201. 1989. С.78 - 84.

16. Эльперин И.Т. Процессы переноса во встречных струях. Минск: Наука и техника, 1972. 213 с.

17. Эльперин И.Т. Исследование процессов обмена во встречных струях. Минск: ИФЖ. 1961. №5. 19 с.

18. Disimile P. J., Savory Е., Toy N. Mixing characteristics of twin impinging circular jets // AIAA Journal of Propulsion and Power. 1995. №11. С. 1118 - 1124.

19. Houshang B.E., Jay L., Kawasaki A. Numerical Investigation of Twin-Nozzle Rocket Plume Phenomenology // Journal of Propulsion and Power. 2000. T. 16. №2. C. 178-186.

20. Kantola R. Shielding aspects of heated twin jet noise // AIAA Pap. 1977. № 1288.

21. Карабут E.A. Метод Фурье в задачах о малых возмущениях соударяющихся струй // Прикладная механика и техническая физика. 2010. Т. 51. №6. С. 3 - 20.

22. Вулис JI.A., Леонтьева Т.П. О спутных и встречных турбулентных струях // Изв. Академии наук КазССР. Сер. "Энергетика". Вып. 9. 1955. С. 7 - 12.

23. Вулис Л.А., Кашкаров В.П. О смешении двух однородных потоков вязкой жидкости // Теплоэнергетика. №2. 1956. С. 41 - 46.

24. Вулис Л.А., Кашкаров В.П., Леонтьева Т.П. Исследование сложных турбулентных струйных течений: Исследование физических основ рабочего процесса топок и печей. Алма-Ата, 1957. С. 7 - 14.

25. Вулис Л.А., Кашкаров В.П. Теория струй вязкой жидкости. М.: Наука, 1965.431 с.

26. Вулис Л.А. О перемешивании газовых объемов с помощью острых струй // Теплоэнергетика. №12, 1956. С.37 - 41.

27. Вулис JI.A. Струйные задачи прикладной газодинамики: Исследование физических основ рабочего процесса топок и печей. Алма-Ата, 1957. 472с.

28. Гуревич М.И. Теория струй идеальной жидкости. М.: Наука.- 1979. 536 с.

29. Рачков М.Ю. Пневматические средства автоматизации: Учебное пособие. М.: МГИУ, 2005. 298 с.

30. Абрамович Т.Н. Теория турбулентных струй. М.: Наука, 1976. 623 с.

31. Абрамович Т.Н., Крашенинников С.Ю., Секундов А.Н. Турбулентные течения при воздействии объемных сил и неавтомодельности. М.: Машиностроение, 1975. 93 с.

32. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973. 848 с.

33. Бай-Ши-И. Теория струй. М.: Физматгиз, 1960. 326с.

34. Гиневский, A.C. Теория турбулентных струй и следов. М.: Машиностроение, 1969. 400 с.

35. Справочник по теплообменникам: В 2 т. Т.1. Пер. с англ. под ред. Б.С. Петухова, В.К. Шикова. М.: Энергоатомиздат, 1987. 560 с.

36. Полушкин В.И. К вопросу турбулентного подмешивания окружающей среды к затопленной струе // Изв. АН УзССР: Серия технических наук. 1979. №6. С. 551 -557.

37. Монин A.C., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика: теория турбулентности. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. 695 с.

38. Richardson L.F. Weather Prediction by Numerical Process // London: Cambridge University Press, 1922. 456 c,

39. Жук В.И. Волны Толлмина-Шлихтинга и солитоны. М., Наука, 2001.167 с.

40. Андреев A.A., ДахноВ.Н., Цырлин О.В., ЮдаевБ.Н. Особенности теплообмена в окрестности критической точки при натекании турбулентной струи на пластину, расположенную нормально к потоку // Изв. Вузов. Сер. Машиностроение. 1970. № 3. С. 57-60.

41. Томас JI.K. Теория турбулентного пограничного слоя, основанная на модели возобновления турбулентности в пристенной области // Ракетная техника и космонавтика. 1975. Т. 13. № 1. С. 42-57.

42. Альбом течений жидкости и газа / Сост. М. Ван-Дайк. - М.: Мир, 1986. 181 с.

43. Фрик П.Г. Турбулентность: модели и подходы. Часть II. Курс лекций. Пермь: ПГТУ, 1999. 136 с.

44. Corrsin S. Investigations of flow in an axially symmetric heated jet of air // NACA Advance Conference. 1943. Rep. 3123.

45. Townsend A.A. Measuremend in the turbulent wake of a cylinder // Proceeding of the Royal Society of London. 1947. Ser. A 190. C. 551-561.

46. Corrsin S. Turbulent flow // American Scientist. 1961. V. 49. C. 300-325.

47. Townsend A.A. The structure of turbulent shear flow // Cambridge University Press. 2nded. 1976.

48. Кантуэлл Б. Дж. Организованные движения в турбулентных потоках // Волны и вихри: Сб. статей. Пер. с англ. М.: Мир 1984. С. 9-79.

49. Hussain A.K.M.F., Zaman K.B.M.Q. The free shear layer tone phenomenon and probe interference // Journal of Fluid Mechanics. 1978 V.87. C. 349-384.

50. Гордиенко C.H., Моисеев C.C. Структура турбулентных течений несжимаемой жидкости и параметризация турбулентности // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1999. Т. 116. Вып.5 (11). С. 1630-1647.

51. Климонтович Ю.Л. Статистическая физика. М.: Наука, 1982. 608 с.

52. Климонтович Ю.Л. Турбулентное движение и структура хаоса: Новый подход к статистической теории открытых систем. М.: Наука, 1990. 320 с.

53. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. -М.: Прогресс, 1986. 431 с.

54. Гольдштик М.А. Динамические, равновесные и токовые структуры в турбулентности // Структурная турбулентность: Сб. науч. трудов. Под ред. Гольдштика М.А. . Новосибирск: Институт теплофизики СО АН СССР, 1982. С. 5-11.

55. Алексеев Б.В. Физические основы обобщенной Больцмановской кинетической теории газов // Успехи физических наук. 2000. Т. 170. № 6. С. 649-679.

56. Сухович Е.П. Моделирование процесса возвращения турбулентности к изотропному состоянию // Инженерно-физический журнал. 1999. Т. 73. №3. С. 576-583.

57. Леонтьев А.И., Шишов Е.В., Захаров А.О. Моделирование переноса теплоты и импульса в отрывном турбулентном течении за уступом // Доклады РАН. 1995. Т. 341. № 3. С. 341-345.

58. Терехова Н.Н. Продольные вихри в осесимметричных струях // Доклады РАН. 1996. Т. 347. № 6. С. 759-762.

59. Никитин Н.В., Чернышенко С.И. О природе организованных структур в турбулентных пристенных течениях // Известия РАН. МЖГ. 1997. № 1. С. 24-30.

60. Бакчинов А.А., ГрекГ.Р., Касатонов М.М., Козлов В.В. Экспериментальное исследование взаимодействия продольных полосчатых структур с высокочастотным возмущением // Известия РАН. МЖГ. 1998. № 5. С. 39 - 49,

61. Deardorff J.W. A numerical study of three-dimensional turbulent channel flow at large Reynolds numbers. // J. Fluid Mech., 1970, 41. P. 453-480.

62. Deardorff J.W. The use of subgrid transport equations in a three-dimensional model of atmospheric turbulence // Journal of Fluids Engineering. 1973. V. 9. P. 429-438.

63. Данилкин E.A. Вихреразрешающее моделирование турбулентных течений и переноса примеси в уличных каньонах с использованием многопроцессорных вычислительных систем. Дисс. канд. ф-м. наук, Томск - 2010 г.

64. Berkooz G, Holmes Ph., Lumley J. L, The proper orthogonal decomposition in the analysis of turbulent flows // Annu. Rev. Fluid Mech. 1993. № 25. P. 539 - 575.

65. Ecman J.-P. Roads to turbulence in dissipative dynamical systems // Reviews of Modern Physics. 1981, V. 53, № 4, C. 643-654.

66. Гольдштик M.A., Штерн B.H. Структурная турбулентность в диссипативных системах. Новосибирск, 1981. 48 с.

67. Кокушкин H.B. Исследование структуры турбулентного факела. // В кн.: Теория и практика сжигания газа. Вып. 6. Л., «Недра», 1975, С. 27-34.

68. Жилкин Б.П., Зайков Н.С., Кисельников А.Ю., Миренский В.Ю., Худяков П.Ю. Тепловизионная идентификация турбулентных структур в газовых потоках // Приборы и техника эксперимента. 2010 №1. С. 155-158.

69. Шуба А.Н., Жилкин Б.П., Ларионов И.Д. Устройство для измерения температурного поля газового потока // Пат. №2230300 РФ. Заявл. 10.06.2004.

70. Петунин А.Н. Методы и техника измерений параметров газового потока. М.: Машиностроение. 1972. С. 332.

71. Геращенко O.A. Основы теплометрии. - Киев: Наук, думка, 1971.192 с.

72. Кондратьев Г.М. Тепловые измерения. - М.; Л.; Машгиз, 1967. -244 с.

73. Пешехонов Н.Ф. Приборы для измерения давления, температуры и направления потока в компрессорах. -М.: Оборонгиз, 1962.-184 с.

74. Горлин С.М., Слезингер И.И. Аэромеханические измерения. М,: Наука, 1964. 720 с.

75. Ринкевичюс Б.С. Современные оптические методы в исследованиях задач тепломассообмена // Пленарные и общие доклады. Доклады на круглых столах. Труды Второй Российской конференции по теплообмену. T.l. М.: МЭИ, 1999. С. 70-75.

76. Ефимова A.B. Тепловизионное определение характеристик теплообмена при течении газа. Дисс. канд. техн. наук. Екатеринбург. 2005.

77. Гиневский A.C., Власов Е.В., Каравосов Р.К. Акустическое управление турбулентными струями. М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2001. 240 с.

78. Нуссбаумер Г. Быстрое преобразование Фурье и алгоритмы вычисления свёрток. М.: Радио и Связь, 1985. 248 с.

79. Корн Г., Корн Е. Справочник по математике для научных работников и инженеров. -М.: Наука, 1984.

80. Фрик П.Г. Вейвлет-анализ и иерархические модели турбулентности // ИМСС УрО РАН. Пермь, 1992. 40с.

81. Блаттер К. Вейвлет-анализ. Основы теории. М.: Техносфера, 2004. 280 с.

82. Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике. - М.: СОЛОН-Р, 2002. - 448 с.

83. Вавилов В.П., Ширяев В.В., Хорев B.C. Обработка результатов активного теплового контроля методом вейвлет-анализа// Дефектоскопия. 2011. № 4. С. 70-79.

84. Яковлев А.Н. Основы вейвлет-преобразования сигналов: Учебное пособие. М. :САЙНС-ПРЕСС, 2003. - 80 с.

85. Бурганов Б.Т., Христофоров А.В., Абросимова И.С. Применение метода распознавания сигналов к классификации термограмм скважин // Георесурсы. Казань. 2011. Том: 37. № 1. С. 6-8.

86. Вавилов В.П., Нестерук Д.А., Ширяев В.В., Swiderski W. Применение Фурье-анализа и метода анализа главных компонент для обработки данных динамического теплового контроля // Известия Томского политехнического университета, 2008 - т. 312, - № 2 (Приложение). С. 279-285.

87. A. Ciliberto, G. Cavaccini, О. Salvetti. Porosity detection in composite aeronautical structures // Infrared Physics & Technology. - 2002. - Vol. 43. - P. 139-143.

88. S. Hermosilla-Lara, P.-I. Joubert, D. Placko. Enhancement of open-cracks detection using a principal component analysis/wavelet technique in photothermal nondestructive testing. - Proc. Intern. Conf. Quant. Infrared Thermography QIRT'02, Dubrovnik, Croatia, Sept. 24-27, 2002. - P. 41-46.

89. Струйная автоматика в системах управления / Под ред. Б.В. Орлова. М.: Машиностроение, 1975.

90. Ерошенко В.М., Зайчик Л.И. Гидродинамика и тепломассообмен на проницаемых поверхностях. М.: Наука, 1984.

91. Лебедев И.В., Трескунов С.Л., Яковенко B.C. Элементы струйной автоматики / Под. общ. ред. И.В.Лебедева. М.: Машиностроение, 1973.

92. Справочник по теплообменникам: В 2 т. Т.2. Пер. с англ. под ред. О.Г. Мартыненко и др. М.: Энергоатомиздат, 1987. 352 с.

93. Жилкин Б. П., Зайков Н.С., Кисельников А.Ю., Худяков П.Ю. Особенности изменения термической структуры газовых импактных струй // Механика жидкости и газа. 2013. №2. С. 104 - 111.

94. Zhilkin B.P., Zaikov N.S., Kisel'nikov A.Yu., Khudyakov P.Yu. Distinctive features of variation in the thermal structure of impinging gas jets // Fluid Dynamics. March 2013. Volume 48. Issue 2. pp 232-238.

95. Ефимова A.B., Жилкин Б.П., Кисельников А.Ю. О повышении точности тепловизионных обследований. // Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической конференции и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых. 6-9 декабря 2005 г. Екатеринбург. С. 52 - 55.

96. Худяков П.Ю., Дордж Д., Жилкин Б.П., Зайков Н.С., Кисельников А.Ю. Применение тепловизионных технологий для управления топочными процессами в энергетическом оборудовании // Сборник докладов XVIII Всероссийской научно-практической конференции «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность». Томск: ТПУ, 3-7 декабря 2012 г. 2012. С. 137 - 139.

97. Жилкин Б.П., Зайков Н.С., Кисельников А.Ю., Худяков П.Ю., Алексеев С.Г. Применение тепловизионного метода для обнаружения очагов пламенного горения // Пожаровзрывобезопасность. 2012. Т. 21. № 4. С. 38-40.

98. Ефимова A.B., Жилкин Б.П., Шевелёв М.М., Зайков Н.С., Худяков П.Ю. Тепловизионная идентификация структуры турбулентной воздушной струи при ее взаимодействии с приемником потока // Альтернативная энергетика и экология. 2012. № 4. С. 87-90.

99. Zhilkin В.Р., Zaikov N.S., Kiselrsnikov A.Y., Mirenskii V.Y., Khudyakov P.Y. Thermal imaging identification of turbulent structures in gas flows // Instruments and experimental techniques. 2010. V. 53. № 1. P. 143-146.

100. Кисельников А.Ю. Структурно-динамические характеристики температурного поля и теплообмен в прямоточных газовых импактных струях и факелах. Дисс. канд. техн. наук. Екатеринбург. 2010.

101. Гейдон А., Вольфгард X. Пламя, его структура, излучение и температура. М. Металлургиздат, 1959. 333 с.

102. Коновалов М.Ю. Гидродинамика и теплообмен струй и факелов, сформированных многоканальными аксиальными завихрителями. Дисс. канд. техн. наук. Екатеринбург. 2006.

103. Зыскин Б.И. Гидродинамика и теплообмен при смешении закрученных газовых струй с поперечным потокам.: Дисс.канд.техн.наук, Екатеринбург. 1999.

104. Миснар А. Теплопроводность твердых тел, жидкостей, газов и их композиций. М.: Мир, 1968. 464 с.

105. Исаченко В.П. и др. Теплопередача. Учебник для вузов, Изд. 3-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1975.

106. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. - М. Энергия 1979. 320 с.

107. Боголепов В.В., Липатов И.И. Асимптотический анализ вихрей Гертлера в пограничном слое жидкости около вогнутой поверхности. Препринт № 8. М.: ЦАГИ. 1990. 54 с.

108. Аэродинамический расчет котельных установок. Нормативный метод /Под. ред. С.И. Мочана. Л.: Энергия, 1977. 256 с.

109. Кузнецов Н.В. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). М.-Л.: Энергия, 1973. 256 с.

110. Joachim Franke, Rudolf Kral. Excellent performance features make the Benson boiler the most widely used type of once-through boiler // Siemens power journal online, October 2001. P. 1 - 4.

111. Патент 129230 РФ. Система управления положением зоны соударения газовых струй и контроля поля температуры струй / Худяков П.Ю., Жилкин Б.П., Дордж Д., Зайков Н.С.; опубл. 20.06.2013, Бюл. № 17. 2 с.

112. Кисельников А.Ю., Жилкин Б.П. и др. Способ тепловизионного определения характеристик турбулентности газового потока // Пат. №2400717 РФ. Заявл. 09.06.2008.

113. Акифьева H.H., Жилкин Б.П., Зайков Н.С., Кисельников А.Ю., Миренский В.Ю. О применении тепловизионного сканирования с целью управления топочными процессами // Автоматизация в промышленности. 2009. №7. С. 20-24.

114. Дордж Д., Зайков Н.С., Зыскин Б.И., Кисельников А. Ю., Худяков П.Ю. О применении видео- и тепловизионного контроля для управления топочными процессами в энергетических котлах // Электрические станции. 2012. №10. С. 34 - 35.

115. Исматходжаев С.К. Высокоэффективные автоматические системы регулирования котлов при совместно-раздельном сжигании различных видов топлива. // Сборник докладов второй международной научно-технической конференции. М.: ПМБ ВТИ, 2012. С. 12-28.

116. Островский JI.A., Ринкус Э.К. Контроль общего факела на пылеугольных котлах энергоблоков 300 МВт с жидким шлакоудалением. // Теплоэнергетика . 1992. №1. С. 5-7.

117. Хохлов В.В., Исматходжаев С.К., Усманов Б.Ш. и др. Опыт применения промышленного телевидения для контроля горения в газомазутном котле // Электрические станции. 1976. №4. С. 23-25.

118. Боровский A.B., Герасимов Л.П., Дружинин С.К. и др. Пирометрический измерительный комплекс для станционного контроля пылеугольной топки // СТА. 2000. №4. С. 70-78.

119. Форсайт Д.А., Понс Ж. Компьютерное зрение. Современный подход. М: Издательский дом «Вильяме», 2004. 928 с.

120. Худяков П.Ю., Берг И.А., Мелкозеров H.A., Жилкин Б.П. Структурная диагностика факела в реальном времени как основа создания современных систем управления. Сборник докладов VIII международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ЭНЕРГИЯ-2013». -Иваново: ИГЭУ, 24 - 25 апреля 2013 г. 2013. С. 191 - 195.

121. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат. 1991. 304 с.