Исследование распространения двухфазной высококонцентрированной струи в дозвуковом сносящем потоке

Вопрос взаимодействия двухфазной высококонцентрированной струи со сносящим потоком встает при расчете многих технических задач. Примером таких задач могут быть камеры сгорания, камеры смешения, динамика дождевальных или пожарных струй и другие. При этом в случаях, когда массовая концентрация струи значительна (более 1 кг/с жидкости на кг/с воздуха) решение такой задачи имеющимися средствами может вызвать значительные трудности. Так для однофазных струй, а также струй с более низкой концентрацией дисперсной фазы существуют расчетные методики, по которым можно вычислить траектории струй и распределение параметров в поперечных сечениях струй. Методики расчета струй с высокой концентрацией в литературе обнаружить не удалось.

Исходя из этого, целью данной работы является исследование двухфазной газокапельной, высокоскоростной высококонцентрированной струи, истекающей в воздушный дозвуковой поток.

Задачи исследования:

1. Поиск математической модели взаимодействия двухфазной струи со сносящим потоком.

2. Создание программного обеспечения для математического моделирования, взаимодействия.

3. Выяснение влияния на процесс параметров струи и потока.

4. Создание методик для приближенных инженерных расчетов струи.

Научная новизна работы:

1. Произведен расчет высококонцентрированной струи в сносящем потоке. Определены закономерности взаимодействия струи с потоком, характерные области и участки струи.

2. Установлены зависимости траектории струи от скорости потока, скорости струи, концентрации, профиля концентрации и скорости в начальном сечении, угла между векторами скорости струи и потока.

3. Описаны уравнением распределения параметров в поперечных сечениях струи.

4. Разработана методика получения информации о распределении параметров в поперечных плоскостях струи, при использовании данных двумерного расчета.

Положения, выносимые на защиту:

Методика математического моделирования двухфазных высококонцентрированных струй в сносящем потоке.

Основные закономерности распространения двухфазной высококонцентрированной струи в сносящем потоке. Методика для инженерных расчетов струй в сносящем потоке.

Апробация работы:

Результаты работы были доложены и получили положительную оценку на конференциях: IV Международной конференции по неравновесным процессам в струях и соплах Санкт-Петербург, 2002 т, международном конгрессе «Актуальные: проблемы механики сплошных и сыпучих сред», М.2002; международном симпозиуме по методу крупных частиц, Москва.2003; а также на аспирантских семинарах каф. 201 МАИ.

Публикации:

Материалы диссертации опубликованы в 4 печатных работах. Основное содержание работы:

Выводы по главе 5.

1. Данная методика позволяет производить расчеты различных инженерных задач.

2. С помощью методики было рассчитано взаимодействие струи установки пожаротушения с потоком, создаваемым несущим винтом вертолета.

Заключение

.

По работе можно сделать следующие выводы:

1. Приведенная в работе математическая модель адекватна описываемому явлению и может быть использована для исследования распространения в сносящем потоке двухфазных струй с высокой концентрацией дисперсной фазы.

2. Данные теоретического анализа позволяют утверждать, что высококонцентрированная струя имеет выраженные отличия от струй с низкой концентрацией и не может быть с удовлетворительной точностью рассчитана по методикам, предназначенным для низкоконцентрированных струй.

3. Подобие параметров течения и равновесие струи относительно оси симметрии позволило получить на основе двумерного расчета параметры течения в плоскости, нормальной к оси струи в начальном сечении, в частности характерную структуру течения, типичную для большинства струй в сносящем потоке. Это позволяет говорить о применимости такого подхода к анализу пространственных течений на основе данных двумерного расчета.

4. Получено удовлетворительное совпадение результатов расчета и эксперимента по основным параметрам течения: скорости, импульсу расходам, концентрации, что позволило подтвердить адекватность математической модели реальному процессу распространения струи.

Jim t’pai yya.

1. Абрамович Г. Н. Теория турбулентных струй. // М.: Физматгиз, 1960. — 715с.

2. Абрамович Г. Н., Гиршович Т. А., Крашенинников С. Ю., Секундов А. Н., Смирнова И. П. Теория турбулентных струй. // М.: Наука, 1984. — 716 с.

3. Гиршович Т. Г. Турбулентные струи в поперечном потоке, М, Машиностроение 1993.

4. Дж. Шец Турбулентное течение, вопросы вдува и перемешивания. М. Изд. Мир. 1984.

5. Моллесон Г. В., Стасенко А. JT. Газотермодинамика двухфазной струи, натекающей на нормальную преграду. Ученые записки ЦАГИ, 1990, т. 21, № 5.

6. Белоцерковский О. М. Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике .М., Наука, 1982.

7. Лепешинский И. А., Воронецкий A.B., Зуев Ю. В. и др. «Методы экспериментальных исследований газокапельных струй с высокой массовой концентрацией жидкости в газе». Математическое моделирование, № 6, 2001 г.

8. Зуев Ю. В., Лепешинский И. А. Двухфазная многокомпонентная турбулентная струя с фазовыми переходами. Изв. РАН. Сер. МЖГ 1995 г № 5 с120−138.

9. 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.

10.Раушенбах Б. В. Белый С.А. Беспалов И. В. Бородачев В.Я. Волынский М. С. Прудников А.Г. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания.

Бездушие psuictiiuiilix двигателей. М8. п™ипгтлое, ние 1964 ctd .84−132.

11. Лейтес Источник — труды ЦАГИ № 2411, Лейтес, изд.отд. ЦАГИ, 1988 г., стр. 5468.

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

13. 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. 123 — 128.

14. 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. — Н ЭССР, 1979.

15. Дейч М. Е., Филиппов Г. А. Газодинамика двухфазных сред. // М.: Энергия, 1968. 423 с.

16. Салтанов Г. А. Сверхзвуковые двухфазные течения. // Минск: Высшая школа, 1972. — 480 с.

17. Петухов И. И., Фролов С. Д. Об измерении локальных параметров пузырькового газожидкостного потока трубчатыми зондами. Сб. Газотермодинамика многофазных потоков в энергоустановках. Вып. 3 // Харьков 1980, С.121−126.

18. Васильев Ю. В., Гальбек A.A., Китанин Э. Л. Применение трубчатых зондов при исследовании гидродинамики газожидкостных потоков. Сб. Газотермодинамика многофазных потоков в энергоустановках. Вып.1// v—. Ю7Й Г 117.19^ и. X. U^/UIX^L' А? I. — - ——.

19. Лопаточные машины и струйные аппараты. //М.: Маш. 1971, вып. 5 С. 178 191.

20. ГОСТ 8.207−76 // Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения. — Введ. 01.01.77. -М.: 1986. — 10 с. — (Система стандартов по информ., библ. и изд. делу). 21. Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. — Л.:

Машиностроение, 1989. — 701 с. 22. Зуев Ю. В., Колесникова Л. А., Лепешинский И. А. Применение лазернооптического метода малых углов для измерения дисперсности и концентрации двухфазных газожидкостных течений // Тезисы докладов III Всесоюзной конференции «Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации». 4.II. — Таллин: ТПИ, 1987. — С. 10 — 11. 23. Зуев Ю. В. Лазерно-оптический прибор для измерения дисперсности и концентрации аэрозолей / Информационный листок МосгорЦНТИ № 312−88. -1988.

24. Лепешинский И. А., Зуев Ю. В., Рутовский В. Б., Способ измерения размеров капель. A.c. № 612 161. «Открытия, изобретения, промышленные товарные знаки» № 23, 1978.

25.Зуев Ю. В. Лазерно-оптический прибор для измерения среднего диаметра и концентрации частиц аэрозолей / Информационный листок ВИМИ № 89−0118. — 1989.

26. Зуев Ю. В., Лепешинский И. А., Решетников В. А., Колесникова Л. А., Сальков Е. Р. Лазерный измеритель заутеровского диаметра и концентрации частиц //.

Сб. тезисов Всесоюзной конф^р^иттгти «ТЛчмепения r потоках. Методы, аппаратура и применение». — М.: ИВТ АН СССР, 1990. — С. 28.

27.Воронецкий A.B. Экспериментальные и теоретические исследования двухфазных газокапельных течений в соплах и струях с высокой массовой концентрацией жидкости в газе.//Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., МАИ, 2000.

28. Леончик Б. И., Малкин В. П. Измерение в дисперсных потоках. //М.: Энергия, 1971,248с.

29. Ринкевичус B.C., Салтанов Г. А. Оптические методы исследования двухфазных потоков./ Сб. Парожидкостные потоки.// Минск 1977, С. 176−191.

30. Лепешинский И. А., Зуев Ю. В., Решетников В. А., Иванов O.K., Колесникова JT.A. Стенд для экспериментального исследования двухфазных течений // Избранные труды Международного аэрозольного симпозиума. — М.: Aerosol Technology Ltd, 1994. — С. 53 — 54.

3 1. Воронецкий A.B., Лепешинский И. А., ЗуевЮ.В., Федорова Н.М.

Исследование дальнобойности двухфазных газокапельных струй // Тезисы докладов XVII Всероссийского семинара «Течения газа и плазмы в соплах, струях и следах». — С. — Петербург, 1997. — С. 96.

32. Воронецкий A.B. Экспериментальное исследование дальнобойности газожидкостных струй дисперсной системы пожаротушения. Научный вестник МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность № 15// М.: 1999, — С. 71−72.

33. Костюк В. В., Лепешинский И. А., Зуев Ю. В., Воронецкий A.B., Ципенко A.B. Исследования параметров газокапельных струй, распространяющихся в зоне горения ./Материалы 15-ой научно-практической конференции «Проблемы гппршм т/т tvtttphm» пожяпгж ня гтибеже веков." //М.: ВНИИПО МВД РФ 1999.^. х ж ч. 1, С.266−267.

34.Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред. // М.: Наука. Гл.ред. физ.-мат.лит., 1987. Ч. I. — 464 е., Ч. II. — 360 с.

35. Свидетельство 4700 Российской Федерации на полезную модель, 6 В05 В 7/24, С23, С 4/12. Устройство для газодинамического напыления покрытий / И. А. Лепешинский, Ю. В. Зуев, В. А. Решетников, В. И. Кузнецов, О. К. Иванов,.

С .Л. Соколов, А. В. Воронецкий — № 95 119 724/20/34 759- Заявлено 29.11.95- Опубл. 16.08.97, Бюл. № 8, Приоритет 29.11.95, Зарегистрировано 16.08.97 -7с.

36. Дж. Шец А. Падхай Проникновение и разрушение струи жидкости в дозвуковом воздушном потоке. Раккетная техника и космонавтика № 10 1979г.

37. Абакумов М. В. Исследованиеи моделирование разностных схем метода крупных частиц.

38.А. А. Самарский, Ю. П. Попов Разностные метотды решения задач газовой динамики. M Наука 1980 г.

39.Сергель О. С. Прикладная газовая динамика. М. Машиностроение 1981 г.

40.Ю. В. Зуев Многофазные турбулентные струйные течения в элементах тепловых двигателей. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, М., МАИ, 1999.

41 .Р. Пэнкхёрст, Д. Холдер, Техника эксперимента в аэродинамических трубах.

М.изд-во иностранной литературы 1955 г. 42.В. А. Голубев, В. Ф. Климкин, И. С. Макарорв Траектория единичных струй различной плотности, распространяющихся в сносящем потоке воздуха,.