Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Исследование газодинамических возмущений закрученного потока с целью уточнения физико-математической модели течения в вихревых устройствах

Диссертация: Исследование газодинамических возмущений закрученного потока с целью уточнения физико-математической модели течения в вихревых устройствах
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Разработана физическая модель прецессионного движения вихревого ядра и когерентных вихревых структур в закрученном потоке, которые через изменение структуры закрученного потока оказывают влияние нахаракте-ристики работы вихревых устройств. В третьей главе приводится уточненная методика расчета вихревой трубы с учетом развиваемых в ней прецессионных колебаний. Показывается, что уточнение методики… Читать ещё >

Исследование газодинамических возмущений закрученного потока с целью уточнения физико-математической модели течения в вихревых устройствах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Перечень условных обозначений
  • Общая характеристика работы
  • Глава 1. Анализ опубликованных работ и постановка задачи исследования
    • 1. 1. Практика использования закрутки потока при разработке вихревых устройств технологического назначения
    • 1. 2. Анализ работ по исследованию газодинамических, характеристик интенсивно закрученных потоков
    • 1. 3. Теоретическое исследование вихревого эффекта
  • Выводы по главе
  • Глава 2. Физическая модель динамики когерентных вихревых структур и прецессионного движения в закрученном потоке
    • 2. 1. Модель когерентных вихревых структур
    • 2. 2. Оценка частоты КВС
    • 2. 3. Моделирование вихревых структур методом крупных вихрей
    • 2. 4. Влияние прецессионных колебаний на структуру закрученного потока
  • Выводы по главе
  • Глава 3. Интегральная математическая модель течения в вихревых устройствах с учетом прецессии
    • 3. 1. Исходная система уравнений и допущения
    • 3. 2. Методика расчета противоточной вихревой трубы
    • 3. 3. Результаты расчета термодинамических и акустических характеристик работы вихревых устройств
  • Выводы по главе
  • Глава 4. Экспериментальное исследование аэроакустических характеристик потока в вихревой трубе
    • 4. 1. Методика исследования и экспериментальный стенд
    • 4. 2. Аэроакустические измерения и их обработка
    • 4. 3. Анализ результатов экспериментального исследования
  • Выводы по главе
  • Глава 5. Расчет и проектирование вихревого вакуум-насоса
    • 5. 1. Теоретическая модель течения в вихревом вакуум-насосе
    • 5. 2. Экспериментальное исследование характеристик работы вихревого эжектора
    • 5. 3. Анализ полученных результатов
  • Выводы по главе

Цель работы. Уточнение физико-математической модели закрученного потока на основе теоретического и экспериментального исследования прецессионных колебаний и сдвиговых вихревых структур, развиваемых в потоI ке при работе вихревых устройств. Задачи работы.

1. Разработка модели прецессионного движения и динамики когерентных вихревых структур, развиваемых в закрученном потоке.

2. Уточнение физико-математической модели закрученного потока в вихревых устройствах с учетом прецессионных колебаний.

3. Разработать методику расчета акустических характеристик работы вихревых устройств.

4. Провести теоретическое и экспериментальное исследование акустических характеристик работы вихревой трубы и вакуум-насоса.

Во введении обоснована актуальность исследуемого вопроса, перечислены основные положения работы.

В первой главе анализируется современное состояние проблем, связанных со структурой закрученного потока. Приведен обзор теоретических и экспериментальных данных, позволяющий сформулировать цели и задачи исследования.

Во второй главе проводятся оценки энергои массопереноса за счет пульсаций крупномасштабных вихревых структур. Разрабатывается физическая модель вихревых структур сдвигового характера и прецессионных колебаний вихревого ядра.

В третьей главе приводится уточненная методика расчета вихревой трубы с учетом развиваемых в ней прецессионных колебаний. Показывается, что уточнение методики позволяет улучшить согласие экспериментальных и теоретических данных.

В четвертой главе проведено экспериментальное исследование акустических характеристик закрученного потока. Анализ полученных данных подтвердил обоснованность разработанных во второй и третьей главах теоретических моделей.

В пятой главе проведено экспериментальное и теоретическое исследование вихревого эжектора, разработанного на основе уточненной модели течения в вихревом устройстве. Проведенные испытания дали удовлетворительный результат.

В заключении сделаны выводы по материалу диссертации.

Научная новизна работы. Научная новизна диссертации определяется: а) Разработкой физико-математической модели газодинамических возмущений — вихревых когерентных структур и прецессии, которые через изменение структуры закрученного потока оказывают влияние на характеристики работы вихревых устройств. б) На основе моделирования газодинамических возмущений модифицирована аппроксимация профиля окружной скорости в вихревой трубе и уточнена методика расчета эффекта энергоразделения и акустики потока в зависимости от режимных и геометрических характеристик ее работы.

Практическая ценность. Практическая ценность работы состоит: а) в разработке уточненной методики расчета термогазодинамических характеристик работы вихревых устройств с учетом н.ч. и в.ч. колебанийб) в разработке физико-математических методов диагностики аэроакустических характеристик закрученного потока.

Автор защищает.

1. Физическую модель динамики когерентных вихревых структур и прецессионных колебаний закрученного потока.

2. Уточненную физико-математическую модель расчета характеристик вихревых устройств.

3. Результаты экспериментальных исследований акустических характеристик вихревой трубы и вихревого вакуум-насосы.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Всероссийской конференции «Процессы горения и охрана окружао-щей среды» (г. Рыбинск, 1997, 1999, 2001), всероссийской конференции «Теплофизика технологических процессов» (г. Рыбинск, 2000г), международном конгрессе YSTM'96, междунпродной научн. — техн. конф. «Инженерно-физические проблемы авиационной и космической техники» (Егорьевск, 1997), международная научно-техническая конференция посвященная памяти академика Кузнецова Н. Д. (Самара, 2001)), XIII школе семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАИ А. И. Леонтьева (2001).

Личный вклад автора.

1. Разработка теоретической модели динамики когерентных вихревых стр>к-тур и прецессионного движения вихревого потока.

2. Разработка методики расчета характеристик работы вихревых устройств с учетом прецессии и анализ полученных данных.

3. Получение экспериментальных данных и их обработка.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 докладов в трудах международных, всероссийских конференций, 2 статьи в реферируемом журнале, 5 тезисов докладов, 1 монография в соавторстве.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из общей характеристики работы, введения, 5 глав, основных результатов и выводов и списка литературы.

Закрученные потоки используются для интенсификации тепломассо-обменных процессов в технических устройствах. В поле центробежных сил при этом развиваются интенсивные вторичные вихревые структуры, которые деформируют газодинамическую картину течения. С практической точки зрения важно знать, какова роль и степень влияния таких структур на термодинамические характеристики работы вихревого устройства.

Работа содержит теоретическое и экспериментальное исследование высокочастотных и низкочастотных возмущений интенсивно закрученного потока. Разработана физико-математическая модель когерентных вихревых структур и прецессионных колебаний, которая интегрирована в расчетную схему, предназначенную для определения термодинамических и акустических характеристик работы вихревых устройств. Адекватность модели проверена экспериментально на основе измерения акустических параметров течения.

1. АНАЛИЗ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Разработана физическая модель прецессионного движения вихревого ядра и когерентных вихревых структур в закрученном потоке, которые через изменение структуры закрученного потока оказывают влияние нахаракте-ристики работы вихревых устройств.

2. Разработана уточненная физико-математическая модель и на ее основе методика расчета характеристик работы вихревой трубы с учетом прецессионных колебаний потока. Установлено, что аппроксимация профиля окружной скорости при наложении прецессии позволяет уточнить расчет термодинамических характеристик работы вихревой трубы на 10%.

3. Экспериментальное исследование акустических характеристик потока в вихревой трубе и вихревом вакуум-насосе показало удовлетворительное согласие расчетных по предложенной методике данных (погрешность не более 10%) и эксперимента.

4. На основе развитых в работе представлений предложена методика расчета акустических характеристик работы вихревого вакуум-насоса.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Ш. А. Исследование процесса энергоразделения в вихревых трубах и их техническое приложение: Дис.докт. техн. наук. -Москва, 1991.-250с.
  2. Н.С., Пиралишвили Ш. А., Сергеев М. Н. Моделирование процесса сжижения газа на базе вихревых энергоразделителей //Известия Академии наук. Энергетика.-2002.- № 5. С.156−161
  3. А.П. Вихревой эффект и его применение в технике.-М.: Машиностроение, 1969.-168с.
  4. С.В., Окулов В. Л. Закрученные потоки в технических приложениях//ТИА. -1996. -Т.З, N2, С.101−137.
  5. Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения / Ш. А. Пиралишвили, В. М. Поляев, М. Н. Сергеев- Под ред. А. И. Леонтьева. М.: Энергомаш, 2000. — 414с
  6. М.Н., Рослова Н Характеристики пневмоакустического распылителя с закруткой потока // Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды: Сб. Трудов / Под ред. Ш. А. Пиралишвили. М.: изд-во УНЦП «Энергомаш», 2001, — С. 55.
  7. Н.П., Сергеев М.Н Полуэмпирическая модель расчета процес-са взаимодействия капли с потоком газа // Международная начно-техническая конференция посвященная памяти акаде-мика Кузнецова Н. Д. Самара, 2001.-Ч.1. — С.22.
  8. Ю.А. Модель нестационарного взаимодействия потоков в вихревой горелке // Горение в потоке. Казань, 1978. — С.45−48.
  9. Hilsch R. Expansion von Gasen in Zentrifugalfeld als Kalterprocess//Zeitsch. fur Natur.-1946. N6. — S.203−208.
  10. З.Алексеев В. П. Исследование эффекта вихревого температурного разделения газов и паров: Дис.канд.техн.наук.-Одесса, 1954.-230с.
  11. И.С., Лейтес И. Л., Бродянский В. М. Исследование эффекта температурного разделения воздуха в прямоточной вихревой трубке // ЖТФ.-1953. Т28, вып.б.-С. 1229−1236.
  12. Takahama Н. Studies of Vortex Tube // Bulletin of JSME. 1965. — Vol 8, N31.- P.433−440
  13. A.H. Аэродинамика циклонно-вихревых камер. Владивосток, 1985.- 199с.
  14. Savino J.M., Ragsdal R.G. Temperature and Pressure Measurement in Confined Vortex Fields // Trans. ASME, Journal of Heat Transfer. 1961. — Vol. 83, N1.- P.29−39
  15. А.П. Исследование вихревого холодильника: Дисс. канд. техн. наук. Куйбышев, 1956. -154с.
  16. A.M. Исследование эффекта вихревого температурного разделения при низких давлениях и больших диаметрах труб: Дисс. канд. техн. наук. Одесса, 1960. — 148с.
  17. А.И., Высочин В. А., Сафонов В. А. Исследование параметров внутри вихревой трубы. // Самолётостроение и техника воздушного флота.- 1976. Вып.40. — С.45−48.
  18. Webster D.S. An analisis of the Hilsch Vortex Tube // Refr.Eng.-1967.-N2,-P.163−171.
  19. Takahama H., Soga H. Studies on Vortex Tubes // Bulletin of JSME. 1966. -Vol. 9, N33. — P.121−130.
  20. Э.П., Смульский И. И. Аэродинамика вихревой камеры со вдувом по боковой поверхности. Новосибирск, 1979.-3Ос.
  21. Г. Н. Прикладная газовая динамика. -М.: ОГИЗ, 1953.-824с.
  22. Ю.А., Лукачёв С. В. О механизме неустойчивости течения закрученных потоков жидкости и газа в элементах ГТД // Сб. тр. Куйбышевск. авиац. ин-та.-1974.-Вып.67.-С.205−208.
  23. Ю.А. О влиянии автоколебаний на гидравлическое сопротивление вихревой трубки // ИФЖ.-1982.-Т.ХХХУП, N1. -С.59−63.
  24. Laufer J. New trends in experimental turbulence research//Ann.Rev.F.Mech.-1975.-Vol, 7.-P.307−326.
  25. С.В. Исследование неустойчивых режимов течения газа в вихревой трубе Ранка/УИФЖ. 1981.- XLI, N5.-C.784−791.
  26. Меркулов А. П. Энергетика и необратимость вихревого эффекта
  27. Вихревой эффект и его применение в технике.- Куйбышев, 1981.- С.5−9.
  28. A.A. Теория и практика закрученных потоков.-Киев: Наукова. думка, 1989.-192с.
  29. Е.В., Гиневский А. С. О двухстороннем характере акустического воздействия на свободные турбулентные струи //Турбулентные течения.-М.: Наука, 1974.- С. 149−154.
  30. Ю.А., Лукачев С. В. Экспериментальное исследование вихревого генератора звука // Акустический журнал.-1977.-Т.23, N5. -С.776−782.
  31. Ш. А. Физико-математические модели процесса энергоразделения в вихревом термотрансформаторе Ранка/Рыбинск, авиац. техн. ин-т.-Рыбинск, 1984.-42с.(Деп. в ВИНИТИ, 15.09.85 N160−85).
  32. Brown G.Z., Roshko A. On density effects end large structure in turbulent mixing layers// J. Fluid Mech.-1974.-Vol.64. P.778−816.
  33. Fulton C.D. Ranque"s Tube. // Refr. Eng. 1950. — May.- P.473−479.
  34. В.И. Вязкость и ее влияние на эффект Ранка // СО АН СССР. Сер.техн.наук. 1989. — Вып.1. — С.49−51.
  35. Ш. А., Сергеев М. Н. Некоторые проблемы изучения природы вихревого эффекта // Процессы горения и охрана окружающей среды: Сб. трудов- В 2-х частях / РГАТА. Рыбинск, 1997. — 4.1. — С.10−16.
  36. Ш. А., Сергеев М. Н. Методика расчета эффектов подогрева в однорасходных вихревых трубах // Процессы горения и охрана окружающей среды: Сб. трудов- В 2-х частях / РГАТА. Рыбинск, 1997.-Ч.1. -С.36−43.
  37. И.О. Турбулентность.- М.: ГИФМЛ, 1963.-676с.
  38. П.А., Окулов В. Л. Определение частоты прецессии винтового вихря.// Письма в ЖТФ. 1994. — Т.20, вып.7. — С.32−35.
  39. Ю.Д. К расчету акустики потока в вихревом элементе. // Изв. вуз. Машиностроение. 2000. — N5−6. — С.52−57.
  40. Ю.А. О механизме переноса энергии в вихревой трубе пульсирующими крупными вихрями // Вихревой эффект и его применение в технике.- Куйбышев.-1988.-С.71−74.
  41. Ю.А. Физическая модель явления энергопереноса в вихревой трубе// Вихревой эффект и его применение в технике.- Куйбышев,-1981.-С.29−31.
  42. М.Е. Техническая газодинамика. М.: ГЭИ, 1961. -670с.
  43. Авиационная акустика/ Под ред. А. Г. Мунина, Е. В. Квитки. -М.: Машиностроение, 1973.- 448 с.
  44. Rochko A. Structure of turbulent shear flow: a new look // AIAA.- 1976.-14.-10.-P.1349−1357.
  45. C.B. Образование вихревых когерентных структур в вихревой трубе Ранка// Вихревой эффект и его применение в технике. -Куйбышев,-1984.- С.38−44.
  46. Kovasznay L.S.G.Coherent structures in turbulent shear flow end Australas //Conf.Heat and Mass Transfer. Sydney, 1977. — P.295−304.
  47. E.B., Гиневский A.C., Каравосов P.K. Исследование волновой структуры течения в начальном участке струи при различных уровнях начальной турбулентности // Уч.зап.ЦАГИ. -1978.-Т.9, N.1.-C.25−32.
  48. М.Н., Михайлов В. В., Волков В.Г. Экспериментальное и теоретическое исследование структуры интенсивно закрученного потока в вихревой трубе с целью создания эффективных технических устройств
  49. YSTM'96: Молодежь и наука- третье тысячелетие:.Труды международного конгресса. М., 1997.-Т.1.-С.132−135.
  50. Ш. А., Поляев В. М., Сергеев М. Н. Термогазодинамический анализ природы энергоразделения в вихревой трубе // Изв. АН РФ. Энергетика. 1999. — № 2. — С.87−96.
  51. Ш. А., Сергеев М. Н. Физико-математическая модель процесса энергоразделения в вихревых трубах // Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды: Сб. Трудов / Под. ред. Ш. А. Пирали-швили. Рыбинск, 1999.- С.127−130.
  52. Sibulkin М. Unsteady, viscous, circular flow, part 3 // Fluid Mechanics. 1962. — V.12. -P.269−293.
  53. А., Лилли Д., Сайред H. Закрученные потоки. -М.: Мир, 1987.-588с.
  54. А.П., Кудрявцев В. М., Шахов В. Г. Определение турбулентных напряжений на основе замеров параметров осреднённого течения в вихревой трубе // Вихревой эффект и его применение в технике.- Куйбышев: КуАИ, 1976. С.35−39.
  55. Э.П., Дворников Н. А., Терехов В. И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое закрученном потоке. Новосибирск, 1986,-44с.
  56. ТретьяковВ.В., Яготкин В. И. Применение двухпараметрических моделей турбулентности для расчёта ограниченных закрученных течений // Вихревой эффект и его применение в технике. Куйбышев, 1984.-С. 233−238.
  57. М.К., Уайтлоу Дж. П. Характеристики ограниченных коаксильных струй с закруткой и без закрутки потока. // Теорет. основы инж. расчётов. -1980. -Т. 102, N1. -С.163−171.
  58. В.П. Теплотехнические измерения и приборы. — М.: Энергия, 1978, —704 с.
  59. П.П. Расходомеры и счётчики количества.-М.: Машиностроение, 1982.-375с.
  60. ГОСТ 3044–77. Преобразователи термоэлектрические. Градуировочные таблицы. М., 1976, — 40с.
  61. М.Г. Вихревой вакуум-насос // Известия АН СССР. ОТН. -1956.-N3.-C.155−159.
  62. О.Е. Интегральный метод расчета вихревого эжекторного вакуум-насоса. // Сборник научных трудов студентов, аспирантов и молодых ученых СамИИТа. Самара: СамИИТ, 1999.-Выпуск 2. — С.93−95.
  63. В. И. Костерин В.К., Усанов В. В. Опытное и расчетное исследование вихревого эжектора // Изв. Вузов. Машиностроение. 1975. -N11.- С.37−47.
  64. А.Д. Суслов, С. В. Иванов, А. В. Мурашкин, Ю. В. Чижиков. Вихревые аппараты. М.: Машиностроение, 1985. — 256с.
  65. РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННА^}1. БИБЛИОТЕК^'
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!