Оглавление
Введение 4
1 Аэродинамика, теплообмен и горение в потоке (Обзор работ) 8
1.1 Математическое моделирование гидрогазодинамики внутренних пс> токов................................................................. 9
1.2 Теплообмен при течении в каналах.................................................. 28
1.3 Распространение и ст абилизация пламени в смеси предварительно перемешанных реагентов............................................... 38
1.4 Математическое моделирование гидродинамики внутреннего закрученного потока....................................................... 50
2 Гидродинамика, тепломассобмон, химическое реагирование и горение в ламинарных закрученных потоках 56
2.1 Гидродинамика ламинарного закрученного потока в канале............................ 57
2.2 Теплообмен и химическое реагирование в ламинарном закрученном потоке............................................................... 69
2.3 Горение в ламинарных закрученных потоках . . ................... і 01
3 Переход к турбулентности, ролами нари заци я и течения с низкими
числами Рейнольдса 110
3.1 Численное исследование перехода к турбулентному режиму течения внутренних закрученных потоков.......................................117
3.2 Численное исследование теплообмена при переходе к турбулентному режиму течения вну тренних закрученных потоков.......................137
3.3 Численное исследование гидродинамики, теплообмена и условий воспламенения химически реагирующей вязкой жидкости.....................147
3.4 Стабилизация пламени при умеренной закрутке потока................................167
4 Горение в турбулентных закрученных потоках 179
4.1 Стабилизация пламени и режимы реагирования внутреннего турбулентного потока.................................................... 180
4.2 Турбулентное горение в закрученных потоках . . . . 197
4.3 Распространение пламени и потоках с изменяемой но времени интенсивностью закрутки...................................................218
2
5 Аэродинамика її горение в вихрокамерных технологических устройствах 233
5.1 Математическое моделирование аэродинамики и горения в вихрекамерных устройствах....................................................234
5.2 Расчет аэродинамики и горения в прямоточной камере сгорания с переменным сечением.....................................................238
5.3 Влияние геометрических и режимных параметров на стабилизацию пламени вихревой горелки..............................................244
5.4 Исследование образования угарного газа и окиси азота в прямоточной камере сгорания с раздельной подачей горючего и окислителя............251
5.5 Аэродинамика и горение в центробежной форсунке.....................258
5.6 Исследование аэродинамики и режимов сжигания газа в нротивоточ-
ной вихревой камере сгорания......................................270
5.7 Исследование нейтрализации продуктов сгорания твердотопливной двигательной установки на наземном стенде.............................299
6 Гидродинамика и сепарация частиц в гидроциклоне 309
6.1 Теоретические основы работы гидроциклонов..........................310
6.2 Математическая модель..............................................315
6.3 Анализ результатов.................................................320
6.4 Исследование применения гидроциклонов для очистки почвы............336
Заключение. Основные выводы работы 348
Литература 353
3
1.2.6 Модели, основанные на использовании турбулентного числа Прандтля
Если поле течения находится с использованием заданной или рассчитанной эффективной турбулентной вязкости, можно построить модель переноса тепла на основе коэффициента турбулентной теплопроводности а* = А4/(Срр), определяемого следующим образом:
<УТ1
< ЦТ* >= -аI—. (1-54)
Коэффициент турбулентной генлопроьоцносги при этом должен быть задан или рассчитан. Так как а1 всегда одною порядка с кинематической турбулентной вязкостью VI [87], является удобным использование в качестве зависимой переменной турбулентного числа Прандтля Рг> = v^|at. Зная распределение турбулентной вязкости в потоке и Рг1 всегда можно определить величину турбулентного теплового потока.
На основании автомодельного анализа турбулентного течения в [88] показано, что вблизи твердой стенки величина Ргь должна быть в этой области постоянной. Во внутренней части слоя Ргь достигает значения 0.9 — 1.0, однако, во внешней части слоя или в свободном сдвиговом слое значение турбулентного числа Прандтля снижается до 0.5 и существенно зависит от геометрии течения.
Значения Рг\ можно определить из опыта, измерив поля скоростей и температуры в потоке. К сожалению, таких измерений проведено немного. Большинство измерений проводились с жидкими металлами. Гак для течения жидких металлов в [86] предлагается следующая зависимость для турбулентного числа Прандтля:
Гг. = 0.69(и/гч„)-°-5[1. - ехр(—0.62 • Ю-’ЯеРг1'3)]-1. (1.55)
Характерно, что согласно 1.55 турбулентное число Прандтля при больших Не перестает зависить от Ие и Рг и принимает значение Рг1 = 0.69.
Для воздуха значение турбулентного числа Прандтля, равное 0.7 рекомендуют использовать в расчетах турбулентного теплообмена авторы работ [2], [87]. Основанием для этого служит то обстоятельство, что результаты теоретических расчетов, выполненных при этих предположениях находятся в хорошем соответствии с опытными данными.
1.2.7 Модели, основанные на моделировании турбулентных тепловых ПОТОКОВ
Усовершенствованные методы расчета турбулентного переноса тепла основаны на решении точных уравнений для турбулентных тепловых потоков < и\Т' >, которые можно получить из уравнений движения и теплопроводности. Левые части этих уравнений выражают скорость изменения < и\Т* >. Правые части этих уравнений содержат сложные осредненные произведения иульсационных составляющих различных параметров, а также градиенты скорости и температуры, характеризующие процессы диффузии, генерации турбулентных потоков в гидродинамически и
36
термически неоднородных полях, а также диссипацию < и\Т' >. Однако использование корреляционных соотношений, выражающих величины, входящие в правые части уравнений переноса позволяет получить замкнутую систему уравнений [86]:
дриу < а\Т' > __ д V^ д < и\Т’ >
дхі дті [Рг^ дх(
(1.56)
Соотношение 1.56 показывает, что величина < и-Г* > зависит от условий подачи, предыстории потока и местных условий. Интервал применимости этой модели ограничен только эмпирическими соотношениями, использованными при определении < и$Г- > и значениями констант РгиС} Сиц и С^г- Однако численная реализация этих методов достаточно сложна и им отдают предпочтение только при анализе сложных течений.
1.2.8 Моделирование температурных пульсаций
Иногда при моделировании турбулентного теплообмена возникает необходимость знания не только осредненного поля температуры, но и значения среднеквадратичных пульсаций температуры < ТУТ* >. В работах [86], [87] подробно обсуждается вывод уравнения для описания < Т'Т* > и способы его замыкания. На основании анализа теоретических и экспериментальных данных в [86] предлагается следующее балансное уравнение для среднеквадратичных пульсаций температуры:
і де для значений констант рекомендуются следующие значения: Ргц = 0.68, Сщ —
Уравнение 1.57 выражает тот факт, что уровень < Т'Т' > будет изменяться вследствие разбаланса скорости порождения пульсаций температуры под действием градиентов 1\ диссипации пульсаций под действием молекулярной диффузии в мелкомасштабных движениях и диффузионного переноса, создаваемого турбулентными пульсациями скорости и молекулярной дисперсией. Относительный вклад различных процессов в баланс < Т'Т' > аналогичен вкладу соответствующих членов в уравнение для энергии турбулентности; то есть в пристеночных пограничных ело ях члены с порождением и диссипацией превосходят переносные члены, в то время как в свободных сдвиговых слоях более сильное влияние оказывают конвекция и диффузия. Летальный анализ в свободных сдвиговых потоках в значительной степени зависит от конкретного вида течения. В слоях смешения двух потоков неравной температуры наблюдается превышения порождения над диссипацией [87], а осесимметричном следе порождение составляет около одной трети от диссипации [86].
(1.57)
2.24, Си2 = 2.04
37
- Київ+380960830922