Взаимодействие многофазного потока с частично проницаемым телом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат технических наук Царенко, Петр Борисович

• Царенко, Петр Борисович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Царенко, Петр Борисович

Список условных обозначений

1. Введение

1.1. Современное состояние исследований по взаимодействию многофазных течений с частично проницаемым телом

1.2. Выводы

2. Математическое моделирование течения двухфазного потока

2.1. Математическая модель двумерного двухфазного газокапелыюго монодисперсного потока.

2.2. Равновесная двумерная математическая модель.

2.3. Критерии подобия

2.4. Численный метод, используемый для решения данной задачи.

2.5. Граничные и начальные условия

2.6. Выводы

3. Решение прикладных задач и численные исследования процесса течения двухфазного потока.

3.1. Оценка габаритных размеров частично проницаемого тела (газодинамического зонда) по пройденному расстоянию частицы внутри него

3.2. Параметры расчетной области

3.3. Теоретический расчет параметров двухфазного потока и оценка сепарации газовой фазы

3.4. Выводы по теоретической части.

4. Экспериментальная часть

4.1. Постановка задачи для проведения эксперимента.

4.2. Экспериментальная установка для предварительного эксперимента

4.3. Экспериментальная установка для основного эксперимента.

4.4. Алгоритм для обработки экспериментальных данных

4.5. Результаты эксперимента.

4.6. Оценка погрешности измерений

4.7. Сравнение с экспериментальными данными Левина А.А, Кузнецова В.И.

4.8. Уточнение экспериментальных данных

4.9. Анализ полного давления

4.10. Об использовании зонда на неизокинетическом режиме. . . 111 Выводы . . . . . . . . . .112 Библиографический список.

Глава 1.

Список обозначений и сокращений

1. Во - Барометрическое давление

2. Coef dt - Коэффициент увеличения временного шага

3. Ср - Теплоемкость

4. Сд- — Коэффициент аэродинамического сопротивления

5. Cd-Коэффициент сопротивления

6. d—Диаметр капли

7. е— Удельная энергия

8. Е — Полная энергия

9. Ей - Критерий Эйлера

Ю. /канала- Площадь поперечного сечения в канале

11. F — Сила, площадь

12. Fmr-Сила сопротивления

13. G — Массовый секундный расход

14. g— Ускорение свободного падения

15. Hout - Линейный размер, длина канала

16. i — Теплосодержание

17. к- Показатель изоэнтропы газовой фазы

18. К- Коэффициент диссипации энергии

19. 1 — Длина

20. Lleft - Количество фиктивных ячеек по вертикали слева

21. bright — Количество фиктивных ячеек по вертикали справа

22. Ltube — Линейный размер, радиус зонда

23. т - Масса

24. п — Количество фаз

25. Nfree — Линейный размер, расстояние от входа до торца зонда

26. Nleft — Количество фиктивных ячеек по горизонтали слева

27. Nprobe - Линейный размер, длина зонда

28. Nright - Количество фиктивных ячеек по горизонтали справа

29. Nu - Число Нусвелъда

30. Р—Давление

31. Р* - Полное давление

32. Рг — Число Прандтля

33. Q — Интенсивность передачи тепла, объемный расход фазы

34. г — Текущий радиус

35. R — Газовая постоянная, радиус шара

36. Rin - Линейный размер, радиус канала

37. t—Время

38. Т - Температура

39. U — Абсолютная скорость частиц и газа

40. V— Совместная скорость частиц и газа, объем

41. W — Скорость каждой фазы

42. Wr - Вертикальная составляющая скорости

43. Wz - Горизонтальная составляющая скорости

44. С — Изменение физических свойств

45. Ф — Наличие фазовых переходов

46. а - Объемная концентрация капель, угол раскрытия факел форсунки

47. 5 - Коэффициент учета соседних частиц, доля газа попавшая в газодинамический зонд

48. Я - Коэффициент теплопроводности

49. а - Коэффициент объемного натяжения

50. р - Плотность

51. х ' Коэффициент учета соседних частиц

52. со - Безразмерная величина площади

53. [л - Динамический коэффициент вязкости

54. а- Коэффициент поверхностного натяжения

55. X — Теплопроводность

56. г] — Безразмерная величина по расходу

57. TIi, W ~ Весовая концентрация (начальные значения)

58. TI2, £- Скольжение (начальные значения)

59. П3, а - Объемная концентрация по смеси (начальные значения)

60. II4 , We - Число Вебера (начальные значения)

61. П5 — Отношение плотностей (начальные значения)

62. Пб - Критерий геометрического подобия (начальные значения)

63. П7, Re - Критерий Рейнолъдса (начальные значения)

64. Tfs,Lp - Критерий Лапласа (начальные значения)

65. /7у - Критерий Эйлера (начальные значения)

Индексы

1. g, gas, г

2. р, particles частицы, жидкость осевая составляющая радиальная составляющая капли жидкость

8. start

9. finish

7. дв двухфазная среда начальное значение

12. н

13. *

10. lim конечное значение по определению форсунка набегающий поток параметры торможения или знак умножения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Взаимодействие многофазного потока с частично проницаемым телом»

Существующие, до настоящего времени, методы измерения высококонцентрированного двухфазного потока для решения задач, связанных с обтеканием двухфазным высококонцентрированным потоком тел с различной их проницаемостью, не обеспечивают необходимую точность, диктуемую потребностями сегодняшнего дня. Учитывая возросшие требования международных ассоциаций к авиации, экологии, качеству двигателей, трудно переоценить повышение точности измерений и расчетов, на что и направлена данная работа.

Также, имеется ряд задач, связанных с обтеканием двухфазным газокапельным потоком тел с различной их проницаемостью. Это, например, обтекание устройств формирования потока, течение в эжекторных устройствах и в струйных компрессорах с двухфазным рабочим телом, задачи, связанные с натеканием двухфазных струй на препятствие при тушении пожара, обработка поверхностей двухфазным потоком, работа зондовых устройств для измерения параметров двухфазного высококонцентрированного потока.

Следует отметить, что обтекание тел с различной проницаемостью существенно отличается от обтекания непроницаемых тел, как с точки зрения физических процессов, так и получаемых результатов. Это важно при решении задач, связанных с натеканием двухфазных высококонцентрированных струй на препятствие при тушении пожаров; при струйной гидроабразивной обработке деталей двигателей, проницаемость которых равна 0; при работе зондовых устройств для измерения параметров двухфазного высококонцентрированного потока, когда проницаемость изменяется от 0 до 100%; при взаимодействии входного устройства двигателя самолета с дождевым потоком; при течении потока в струйных насосах.

Работы, связанные с обтеканием тел различной проницаемости, практически отсутствуют.

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Царенко, Петр Борисович

Выводы:

1. Разработан алгоритм расчета взаимодействия частично проницаемого тела с высококонцентрированном двухфазным потоком, что позволило теоретическими расчетами определить поля параметров, скоростей фаз, объемные и весовые концентрации, давление перед и внутри зонда, выявить особенности течения внутри частично проницаемого тела и разработать новую физическую модель течения.

2. Создана экспериментальная установка, моделирующая внутреннее течение в частично проницаемом теле, что позволило впервые определить и экспериментально подтвердить пузырьковую структуру потока внутри частично проницаемого тела и выявить критерии, определяющие значение коэффициента К, характеризующего диссипацию энергии потока при взаимодействии двухфазного высококонцентрированного потока с частично проницаемым телом.

3. Определена зависимость доли газовой фазы 8, увлекаемой потоком внутрь частично проницаемого тела от комплексного критерия Re (1-аг )/аг, что повысило точность определения параметров при использовании газодинамического зонда.

4. Сформулирована новая физическая модель течения двухфазного высококонцентрированного потока в газодинамическом зонде, что позволило сформулировать рекомендации по геометрии зонда и замеру полного давления.

5. Полученные теоретические и экспериментальные результаты позволяют рассчитывать взаимодействие двухфазного высококонцентрированного потока с частично проницаемым телом, в частности, использовать газодинамический зонд на неизокинетических режимах работы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Царенко, Петр Борисович, 2008 год

1. Пирумов У.Г., Росляков Г.С. Численные методы газовой динамики. М., Высшая ' школа, 1987,с232.

2. Теоретическое и экспериментальное исследование двухфазных воздухо-водяных течений в соплах.: отчет / МАИ ; Руководитель работ Абрамович Г.Н. ; Тема №0099 -Москва , 1976,—е.157

3. Исследование двухфазных струйных и сопловых течений . : отчет / МАИ ; Руководитель работы Абрамович Г. II. ; Тема №201-13"П" Москва , 1980 -c75.i .

4. Лышевский А.С., Движение жидких капель в газовом потоке, Изв. вузов, «Энергетика», 1963, №7, с, 45"

5. Левин А.А., Кузнецов В.И., Теплофизика высоких температур, том XVII, М-\919f, /29"/

6. Лепешинский И.А. Теоретическое исследование течения в сопле с двухфазным рабочим телом. //ТВТ №3, 1974.

7. Васильев Ю.В., Гальбек А.А., Китанин Э.Л. Применение трубчатых зондов при исследовании гидродинамики газожидкостных потоков//Газотермодинамика многофазных потоков в энергоустановках. Вып. 1. Харьков: ХАИ, 1978,с. 32

8. Численное решение многомерных задач газовой динамики. Под. Ред. С. К. Годунова, М., Наука, 1976,с400. .

9. Нигматулин Р.И.Динамика многофазных сред.-М.:Изд-во «Наука», 1987. 4.1. -С.464

10. Фролов С.Д., Термо и газодинамические основы рабочего процесса неоднофазных струйных преобразователей энергии (СПЭН)., с 11 -26.

11. Лепешинский И.А., Бузов А.А. Зондовый метод определения параметров двухфазного потока. В кн. Исследования по тепломассообмену.// М.: ЭНИП, вып.53, 1975.

12. Петухов И.И., Фролов С.Д. Об измерении локальных параметров пузырькового газожидкостного потока трубчатыми зондами/Газотермодинамика многофазных потоков в энергоустановках. Вып. 3. Харьков: ХАИ, 1980, с.-$7

13. Старков В.К., Крайко Я.М., Нигматулин Р.И. Механика многофазных сред. М.: Наука., 1978 4.1. -е464.с., 4.2. -сЗбО.;'.

14. Селиванов В.Г., Сопленков К.И., Фролов СД. О течении пузырькового газожидкостного потока в диффузоре. В сб. Вопросы газотермодинамики энергоустановок.//Харьков-1974, вып. 1.-е 102-107.

15. Хазанов М.В. Математическая модель двухфазной газожидкостной смеси 1988 №3 том 55,с. (45

16. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике, Вычислительный эксперимент. М.; 1982. -£-392,

17. Стернин J1.E., Шрайбер А.А. Многофазные течения газа с частицами.М: Машиностроение, 1980. -сД72.'.

18. Лепешинский И.А., Зуев Ю.В., Рутовский В.Б., Способ измерения размеров капель. А.с. №612161. "Открытия, изобретения, промышленные товарные знаки" №23, 1978.

19. Давыдов Ю.М. «Аэродинамика, Гидроупругость и устойчивость полета парашютных систем», Москва, 2005. с 29 37.

20. Моллесон Г.В., Стасенко A. JL Газотермодинамика двухфазной струи, натекающей на нормальную преграду. Ученые записки ЦАГИ, том XXI, № 5, 1990, с. 51-58.

21. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973, с.847,

22. Копчеиов В.И., Крайко А.Н., Ткаленко Р.А. Решение прямой задачи теории сопла Лаваля при дозвуковом течении двухфазной смеси газа и инородных частиц. Технический отчет №6910 М. ЦИАМ, 1972 с. 46.

23. Лепешинский И.А., Зуев Ю.В., Бажанов В.И. Зондовый метод измерения параметров фаз двухфазного двухкомпонентного потока // Газотермодинамика многофазных потоков в энергоустановках. Харьков: ХАИ, 1978. - Вып.1. — С 123128.

24. Лепешинский И.А., Зуев Ю.В., Советов В.А. Экспериментальное и теоретическое исследования газокапельной полидисперсной турбулентной струи // Изв. АН СССР. Сер. МЖГ. 1986. - № 5. - С. 63 - 68.

25. Давыдов Ю.М., Моллесон Г.В., Яковлев А.А. Особенности установления при численном моделировании на адаптивных сетках. Труды 4 Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях., С-Пб., 2002,C,ifO-3H

26. Клабуков В.Я., Косолапов Е.Я. Использование метода крупных частиц для расчетов газодинамических параметров двухфазных потоков в соплах Лаваля. М. Наука, 1982,с67

27. Акжолов М.Ж., Давыдов Ю.М. Моделирование обтекания полупроницаемого тела на основе линейной кинематической модели методом крупных частиц, 1998, N6. с.24-29.

28. Васенин И.М., Архипов В.А., Бутов В.Г., Глазунов А.А., Трофимов В.Ф. Газовая динамика двухфазных течений в соплах. Томск: изд-во Томск. Ун-та, 1986, -с264,{

29. Дейч М.Е., Зарянкин А.Е.Гидрогазодинамика. — М.:Энергоатомиздат, 1984, —с384. \

30. Дейч М.Е.,Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. — М.: Энергоиздат, 1981, —с.471.; .

31. Зуев Ю.В., Верещагин М.П., Костюк В.В. Некоторые новые результаты в гидродинамике и теплообмене в однофазных и двухфазных средах.М.:МАИ, 1998. -с. 95-96.

32. Костюк В.В., Карпышев А.В., Лепешинский И.А., Воронецкий А.В., Ципенко А.В. Управление параметрами двухфазного потока в канале с большой массовой долей частиц. IV Минский международный форум Тепломассообмен ММФ-2000, Том 5, стр. 509-512, Минск, 2000 г.

33. Зуев Ю.В. Уточнение отдельных уравнений системы, описывающей двухфазную турбулентную струю // Исследование рабочего процесса в элементах двигателей и энергетических устройств с двухфазным рабочим телом. М.: Изд-во МАИ, 1980. - С. 63-66.

34. Картушинский A.M., Леонов В.А., Мульгин А.С. Исследование влияния начальной разности скоростей фаз на развитие двухфазной струи. 1982 том 43 №3,С,267

35. Лепешинский И.А., Бажанов В.И. Газотермодинамика многофазных потоков в энергоустановках. Межвуз. темат. сборник науч. трудов. Харьков, 1980, с. 103-106.

36. Зуев Ю. В. , Лепешинский И. А. Влияние начального скольжения фаз в осредненном течении на распространение двухфазной турбулентной струи .

37. В кн. : Турбулентные двухфазные течения . Таллин , 1982 , с. 41-48.

38. Рынков А.Д. Математическое моделирование газодинамических процессов в каналах и соплах. Н., Наука, 1988/222.с

39. Леончик А.И., Маякин В.П., Измерения в дисперсных потоках, М. Энергоиздат, 1971 г.,С248/

40. Бажанов В.И., Зуев Ю.В., Лепешинский И.А. Измерение локальных параметров двухфазного потока зондовым методом // Турбулентные двухфазные течения Ч.П. -Таллин: АН ЭССР , 1979. с. 202-208.

41. Рудингср (G Rudinger), «Влияние конечного объема, занимаемого частицами, на динамику смеси газа и частиц», «Ракетная техника и космонавтика», 1965, №7, с. 310.

42. Зуев Ю.В., Лаатс М.К., Лепешинский И.А. О механизме немонотонного изменения концентрации дискретной фазы вдоль оси двухфазной струи. Изв. РАН. Сер. МЖГ 1985г №5 С183-185.

43. Бажанов В.И., Лепешинский И.А. Исследование критических режимов в двухфазном сопле с учетом неравномерности параметров потока. — В кн.: Вопросы газотермодипамики энергоустановок. Харьков, 1977, вып. 4, с. 46-55.

44. Метод "крупных частиц" для задач газовой динамики. Инф.бюл.СО АН СССР "Численные методы механических сплошных сред", 1970. Т.1.С.27.С-, (Совм. с Ю.М. Давыдовым).

45. Ципенко А.В.Численное и экспериментальное исследование газокапельного течения в сопле с большими концентрациями дисперсной фазы.Математическое моделирование (жур.), М.,том 14, №7, 2002, с. 124-127.

46. Никопорец Э.Н., Парамонова JI.A., Черновский М.Н. Сборник задач по взаимозаменяемости и метрологическому обеспечению в авиационной технике. Москва, МАИ, 1990. с.44-82.

47. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Царенко П.Б. Зондовый метод измерения параметров двухфазного высококонцентрированного потока. Струйные, отрывные и нестационарные течения. Тезисы докладов XXI Всероссийского семинара. Новосибирск, 2007.

48. Царенко П.Б., Янышев С.С. Газодинамические параметры двухфазной высококонцентрированной струи в сносящем потоке. Вестник МАИ 2004, том 11, №2. с. 134.

49. Лепешинский И.А., Царенко П.Б. Анализ работы зонда для измерения параметров двухфазного высоко концентрированного потока. Тезисы докладов образование через науку. Москва, ЦИАМ им.Баранова, 2006.

50. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Царенко П.Б. Численная модель зонда для измерения параметров двухфазного потока, Тезисы докладов высокие технологии 2004. Москва, Московский Энергетический Институт. 2004, е. 56

51. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Царенко П.Б. Исследование взаимодействия дозвукового высококонцентрированного двухфазного потока с частично проницаемым телом. Вестник МАИ 2008, том 15, № 3, с .

52. Zhou Lixing, Huang Xiaoging. Prediction of confined turbulent gas-particle jets// Second International Symposium on Mutliphase Flow and Heat Transfer, June 21-24,1989, Xian,China.

53. Fleckhaus D., Hishida K., Maeda M. Effect of laden solid particles on the turbulent flow structure of a round free jet // Exp.Fluids. 1978. - 5, N 5. - P .323-333.