автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Исследование распространения двухфазной высококонцентрированной струи в дозвуковом сносящем потоке

Список обозначений.

Введение.

Глава 1 Обзор литературы, постановка задачи,.

1.1. Обзор литературы, посвященной вопросу взаимодействия струй со сносящим потоком.

1.2. Постановка задачи.

1.3. Анализ пути решения данной задачи.

1.4. Выводы по 1 главе.

Глава 2 Математическая модель и численный метод.

2.1. Математическая модель.

2.2. Численный метод.

2.3. Параметры сетки, начальные и граничные условия.

2.4. Выводы по главе 2.

Глава 3. Численное моделирование взаимодействия двухфазной высококонцентрированной струи со сносящим потоком.

3.1.11араметры исследования.

3.2. Результаты моделирования струив сносящем потоке.

3.3. Выводы к главе 3.

Глава 4. Экспериментальное исследование двухфазной высококонцентрированной струи в сносящем потоке.

4.1. Методы экспериментального исследования двухфазных систем.

4.2. Предварительный эксперимент.

4.3. Установка для исследования струй в сносящем потоке.

4.4. Результаты экспериментального исследования.

4.5. Выводы по 5 главе.

5. Глава Применение результатов исследования.

5.1. Области применения результатов исследования.

5.2. Установка пожаротушения на базе летательного аппарата.

5.6. Выводы к главе 5.

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, 2002т, 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, 2001г.

8. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А. Двухфазная многокомпонентная турбулентная струя с фазовыми переходами. Изв. РАН. Сер. МЖГ 1995г №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 psüictiiüiilix двигателей. М8.п™ипгтлое,ние 1964 ctd .84-132

11. Лейтес Источник - труды ЦАГИ №2411, Лейтес, изд.отд. ЦАГИ, 1988г., 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. 178191.

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. №612161. "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 В05В 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 - № 95119724/20/034759; 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 1980г.

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

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 1955г. 42.В.А.Голубев, В.Ф.Климкин, И.С. Макарорв Траектория единичных струй различной плотности, распространяющихся в сносящем потоке воздуха,