автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Экспериментальные и теоретические исследования двухфазных газокапельных течений в соплах и струях с высокой массовой концентрацией жидкости в газе

На правах рукописи

од

з о мдп гт

ВОРОНЕЦКИЙ Андрей Владимирович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВУХФАЗНЫХ ГАЗОКАПЕЛЬНЫХ ТЕЧЕНИЙ В СОПЛАХ И СТРУЯХ С ВЫСОКОЙ МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ЖИДКОСТИ

В ГАЗЕ

Специальность 05.07.05.- "Тепловые двигатели летательных

аппаратов"

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

МОСКВА

2000

Работа выполнена в Московском государственном авиационном институте (техническом университете)

Научный руководитель: д.т.н. проф. И.А. Лепешинский

Официальные оппоненты: Деревич И.В., д.т.н. Чабанов В.А., к.т.н. Ведущая органицация: НИИТП, г.Москва

Защита состоится "_"_2000г. на заседании

диссертационного совета К 053.18.04 Московского государственного авиационного института (технического университета) по адресу: 125871, г. Москва, Волоколамское шоссе, дом 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ. Отзывы на автореферат в одном экземпляре заверенные печатью направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан_2000

Учёный секретарь диссертационного совета к.т.н., доц

Т.В. Михайлова

Общая характеристика работы

Ак-туяпкнпгть работы Расчет параметров таких распространенных в практике течений как течения в соплах и струях за реактивными и ракетными двигателями с осесимметричным соплом, аэрозольных струй распыливающих устройств, струй установок для поливания и орошения в сельском хозяйстве и установок для тушения пожара, струй для распыливания жидких компонентов топлива в камерах сгорания и т. п. , является важной для инженерной практики задачей. Эти течения относятся к классу турбулентных многофазных неравновесных многокомпонентных полидисперсных неизотермических осесимметричных струй. Особым классом таких течений можно назвать высококонцентрированные газокапельные течения, обладающие рядом специфических свойств, одно из которых - существенное снижение скорости звука (в несколько раз) в двухфазной среде по сравнению с чистым газом и слабоконцентрированными течениями. Эти течения отличаются от других высококонцентрированных газожидкостных течений (вспененных потоков и пузырьковых течений) тем, что в них несущей фазой, непрерывно распределённой в пространстве,является газ.

В настоящее время отсутствует законченная теория двухфазных турбулентных течений в соплах и струях. Комплексное экспериментальное исследование таких потоков чрезвычайно сложно, ввиду необходимости применения уникального оборудования и особых рабочих тел (капель определенного размера и заданного компонентного состава), а также разработки и использования специальных методов измерения параметров потока и соответствующей измерительной техники. Однако, дальнейшее развитие математического моделирования этих течений невозможно без получения экспериментальных данных, позволяющих провести проверку разрабатываемых математических моделей.

Представленная работа посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию высококонцентрированных газокапельных течений в системе "сопло-струя".

Теоретическое исследование выполнено с использованием хорошо известных математических моделей двухфазных течений: квазиодномерная модель течения в сопле и двухфазная турбулентная неизотермическая модель струи с моделью турбулентности первого порядка. Из-за отсутствия данных о дисперсном составе потока на входе в сопло и на выходе из него было принято допущение о монодисперсиости рассматриваемых течений. Фазовые переходы при высокой концен грации жидкости также не оассматривапись.

Высокое содержание жидкости в газе потребовало серьёзного

пересмотра методологии экспериментальных исследований. Потребовалось учитывать возможность возникновения скачка уплотнения в двухфазной среде перед измерительным насадком из-за существенного снижения скорости звука.

Работа представляет собой продолжение исследований многофазных струй, в свое время начатых Г.Н.Абрамовичем и научно-исследовательской группой каф.201 МАИ и продолжающихся по сей день.

Диссертационная работа базируется на теоретических и экспериментальных исследованиях, выполненных на кафедре "Теории двигателей" Московского государственного авиационного института и НИИ НТ РАН, и проводилась в соответствии с планом научно-исследовательских работ.

В процессе работы были проведены критериальные исследования высококонцентрированных двухфазных течений в соплах и параметрические исследования турбулентной двухфазной неравновесной монодисперсной неизотермической осесимметричной струи без фазовых переходов, коагуляции и дробления капель. В результате определены граничные условия и основные параметры для проведения экспериментальных исследований. В ходе экспериментов измерены поля импульса и расходов фаз в высококонцентрированных газокапельных струях. По результатам измерений определены радиальные границы струй, их дальнобойность, выявлены участки течений, характеризующиеся различным характером поперечных профилей параметров (удельного расхода жидкости и массовой концентрации жидкости, импульса, скоростей фаз). Разработана новая методика обработки зондовых измерений, позволяющая определять скорости и концентрации фаз при невозможности проведения изокинетических измерений. Подтверждена достоверность результатов данной методики с помощью сравнения результатов, полученных различными способами. Проведена проверка адекватности использованных математических моделей. Показана применимость рассмотренной модели двухфазной струи с однопараметрической моделью турбулентности для расчётов газокапельных струйных течений с высокой концентрацией жидкости в газе. Даны рекомендации по выбору параметров и проектированию пожарных систем различной мощности на основе двухфазной системы "сопло-струя".

Цель_работы - Проведение экспериментальных и теоретических

исследований газокапельных течений в соплах и струях при высокой массовой концентрации жидкости в газе.

Главными задачами работы являлись :

—анализ современного состояния вопросов исследования двухфазных течений, определение объекта исследования (система "сопло-струя");

—выбор математических моделей двухфазных струйных и сопловых течений для проведения критериальных и параметрических расчётов;

—определение допущений и граничных условий для теоретических исследований;

—анализ результатов проведённых численных расчётов, выбор параметров и диапазонов их варьирования для проведения экспериментальных исследований;

—выбор методов измерений для проведения экспериментальных исследований, доработка существующей методики обработки зондовых измерений параметров в газокапельных потоках для случая высокой концентрации жидкости в газе;

—проведение экспериментальных исследований, анализ результатов и проверка их достоверности;

— оценка адекватности использованных математических моделей и принятых при расчётах допущений;

—разработка рекомендаций для проектирования газокапельных систем "сопло-струя" различных масштабов при решении прикладных задач (системы пожаротушения и т.п.).

Научная нпиичня работы СОСТОИТ В ТОМ, ЧТО:

—проведены теоретические и экспериментальные исследования газокапельных течений при высокой концентрации дисперсной фазы;

—измерены поля импульса и расходов фаз в различных сечениях высококонцентрированных газокапельных струй, по ним определены радиальные границы и дальнобойность, выявлены характерные участки течения для таких струй;

— разработана новая методика определения скоростей и концентраций фаз по результатам измерений параметров в двухфазных струях зондовым методом, учитывающая возможность возникновения скачка уплотнения в высококонцентрированном двухфазном потоке перед измерительным насадком;

—показана необходимость перехода к двумерным моделям при расчёте газокапельных сопловых течений с высокой концентрацией жидкости в газе.

—подтверждена возможность использования модели турбулентности 1-го порядка применительно к двухфазным течениям с высокой массовой концентрацией жидкости в газе;

—проведены сравнительные оценки дальнобойности однофазных жидкостных и двухфазных газокапельных струй на базе экспериментальных данных.

Достоверность результатов исследования подтверждается непосредственным сопоставлением экспериментальных данных,

полученных различными способами, а также их сопоставлением с результатами теоретических расчётов.

Пряк-гичрг.к-яя ИРННПГ.ТК работы состоит в том, что созданная методика обработки зондовых измерений в высококонцентрированных газожидкостных потоках существенно расширила возможности применения газодинамического метода измерения параметров в двухфазных струях. Экспериментально полученные поля параметров в ряде сечений высококонцентрированных газокапельных потоков позволили провести проверку и корректировку математической модели двухфазной турбулентной струи и модели турбулентности 1-го порядка для применения в этой области. Проведённый анализ экспериментальных и теоретических исследований позволил выявить характерные участки течения для газокапельных струй с высокой концентрацией жидкости, определить их границы и дальнобойность в зависимости от основных параметров и граничных условий. Подтверждена возможность использования однопараметрической модели турбулентности при моделировании газокапельных турбулентных струй с высокой концентрацией жидкости. Даны рекомендации для решения прикладных задач.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные научные результаты, полученные в диссертационной работе, использовались при выборе параметров и проектировании ранцевой установки пожаротушения "ИГЛА-1-0.4", а также для проведения прикладных исследовательских работ по газокапельным течениям в научно-исследовательской группе кафедры 201 МАИ и НИИНТ при МАИ. Это подтверждается соответствующим актом.

Апробация_работы. Результаты выполненных исследований

докладывались и получили положительную оценку на аспирантских и газодинамических семинарах кафедры "Теории воздушно - реактивных двигателей" МАИ, а также на конференциях и семинарах: XVII Всероссийский семинар "Течения газа и плазмы в соплах, струях и следах" С.-Птб. 1997, Международный Аэрозольный Симпозиум, М. 1996 и 1998, 15 -ая научно-практическая конференция "Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков", М. ВНИИПО РФ 1999.

Публикации Материалы диссертационной работы излагались в 9 печатных работах, отражены в 5 научных отчетах.

Структура_И_ПЙ-КРМ пигсрртяпипиппй ряйптм Работа состоит из

введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 1 ~ У страницах машинописного текста, всего работа содержит 64^исунка, ^ таблицы и ^131 библиографических названия, из них<?6на иностранных языках, общий объём работы -1-55страниц.

Содержание диссертации

К настоящему времени известно значительное количество работ, статей и монографий, посвященных исследованию многофазных течений. В большинстве из них рассматриваются течения газа с небольшим количеством примеси в виде твёрдых частиц или капель жидкости в каналах или струях. Основная практическая направленность этих работ -исследования процессов смесеобразования, выпадения конденсата на стенки, эррозия стенок сопел ракетных двигателей, процессы газодинамического напыления и др. И лишь небольшая часть известных на сегодня работ посвящена исследованиям двухфазных течений с высокой (более 5) массовой концентрацией дисперсной фазой в газе. Одно из основных направлений этих иследований гидрореактивные двигатели.

R периой гпяяр рассмотрены основные результаты теоретических и экспериментальных исследований многофазных турбулентных струйных течений и течений в каналах, полученные различными коллективами. Отмечается весомый вклад в развитие теории таких течений Г.Н. Абрамовича, Л.Б. Гавина, Т.А. Гиршович, И.В. Деревича, Л.И. Зайчика, Ю.В. Зуева, И.А. Лепешинского, А. Мостафы, В.А.Наумова, Р.И. Нигматулина, В.Г. Селиванова, Л.Е. Стернина, A.A. Шрайбера, С. Эльхобаши и др. Анализируются экспериментальные работы В.Г. Селиванова, И.А. Лепешинского, Ю.В. Зуева, А.Дж.Ширера, A.C. Соломона и А.Дж.Йула.

Среди работ, посвященных исследованиям высококонцентрированных течений в соплах следует отметить работы, проведённые в Московском авиационном институте [1], Харьковском авиационном институте [2], в которых рассматриваются двухфазные течения с концентрацией до 50 и выше. Для расчёта таких течений эти авторы предлагают использовать квазиодномерную модель, отличающуюся достаточной простотой и прошедшей экспериментальную проверку. При этом могут быть учтены процессы дробления и коагуляции капель, а также испарения и конденсации жидкости. Учёт радиальной неравномерности потока возможен при использовании двумерных моделей, но они, в основном применяются для случаев низкой массовой концентрации дисперсной фазы (до 5) и для течений со сверхзвуковыми скоростями.

Одной из первых математических моделей многофазных струйных течений является модель Г.Н. Абрамовича [3], предложившего рассматривать многофазную струю как газовую с переменной плотностью. Дальнейшее развитие модернизированного варианта этой модели, использующего однопараметрическую модель турбулентности для описания взаимодействия фаз было проведено Зуевым Ю.В. [4]. В работе [5] были представлены результаты расчётов двухфазных течений с массовой концентрацией жидкости до 15. Расчёт высококонцентрированной

газопорошковой струи, а также газопорошкового течения в насадке было описано в работах Ульянова Н.И. [11], но этот автор использовал гомогенную теорию течения.

Были рассмотрены экспериментальные исследования многофазных газодисперсных течений с примесью твёрдых частиц или капель. Большинство из них посвящено экспериментам, где массовая концентрация дисперсной фазы в газе составляет от 0.1 до 1. Среди экспериментальных исследований двухфазных течений с высокой массовой концентрацией частиц (или капель) известны немногочисленные работы, посвященные течениям в соплах. В основном, по результатам измерений определялись среднемассовые скорости фаз на срезе сопла. [1, 11]. Экспериментальные исследования высококонцентрированных двухфазных струй представляют большие технические трудности, поскольку традиционные методы измерений (лазерно-оптические, зондовые), применяемые при исследовании параметров в поперечных сечениях низкоконцентрированных струй оказываются неработоспобными или требующими серьёзной доработки при увеличении плотности исследуемых потоков.

В результате проведённого анализа была определена область двухфазных течений, которой посвящено незначительное количество известных на сегодняшний день публикаций. Однако, необходимость решения ряда прикладных задач, связанных с такими течениями делает подобные исследования актуальными. Таким образом, был выбран объект исследования: двухфазные газокапельные течения в соплах и струях с высокой массовой концентрацией дисперсной фазы (более 5) в газе, сформулирована цель и постановка задачи.

Вторая_шала посвящена теоретическим исследованиям

рассматриваемых течений в соплах и в струях. По результатам проведённого в первой главе анализа были выбраны математические модели и сформулированы допущения, принимаемые для теоретических расчётов. Для сопловых течений с высокой концентрацией жидкости была выбрана одномерная двухскоростная двухтемпературная математическая модель двухфазного течения в сопле с учетом скоростной и температурной неравновесности фаз, а также трения газа о стенки канала, представленная в [1]. Для расчётов двухфазных струй выбрана модель двухфазной турбулентной струи с моделью турбулентности первого порядка, описанная авторами [4].

Цель проводимого теоретического исследования - определить характеристики и поведение исследуемой системы "сопло-струя" в зависимости от граничных условий и параметров системы. Теоретическое исследование разделяется на две части: критериальные исследования двухфазных течений в соплах и параметрические исследования двухфазных струйных течений. На основании работ [5] можно заключить, что фазовые

переходы в потоке отсутствуют, поскольку при массовой концентрации выше 5 испарения капель в струе не происходит.

На основании работы [1] и полученных в ней результатах были выбраны граничные условия и критерии для проведения теоретического исследования двухфазных течений в соплах (закон распределения давления по длине сопла, начальная скорость газа и частиц - 5 м/с (отсутствие начального скольжения фаз) и диаметр капель (dp)- от 18 до 100 мкм) Исследовалось влияние критериев:

• А = G»/Gr - массовая концентрация жидкой фазы в газовой (отношение расходов фаз);

• dD = dp/Do - относительный диаметр капли (масштаб системы);

• dL = dp/Lc - (Wdp - относительная длина сопла);

• Р = Ро/Во - перепад давления на сопле;

где Do - начальный диаметр сопла, Lc - длина сопла, Ро - абсолютное давление перед соплом

В качестве критерия эффективности, определяющего совершенство сопла была выбрана скорость капель на выходе из него - Wk. Данная оценка является наиболее подходящей при рассмотрении течения в системе "сопло-струя" как единого целого (эту величину можно считать критерием, поскольку скорость капель на входе в сопло для всех случаев одинакова). Основные результаты проведённого критериального исследования представлены на рис. 1 - 4. Анализ результатов показал следующее:

1. Основным критерием, определяющим скорость капель на срезе сопла (при одинаковом давлении) является массовое соотношение фаз (критерий А). При достижении этим критерием значений 20<А для геометрических критериев (do, dij наступает зона слабого влияния (автомодельности) на разгон капель.

2. Основным геометрическим критерием, влияющим на разгон капель является соотношение d,,/Lc (или относительная длина сопла),

3. Увеличение давления Ро перед соплом усиливает влияние критериев А и dL= dp/Lc.

4. Скольжение фаз на срезе сопла S=Wa/W, существенно увеличивается при уменьшении А и возрастании d(,/Lc, а также Р0.

По результатам исследований течений в соплах были определены граничные условия для проведения параметрических расчётов двухфазных струй. В качестве изменяемого параметра была выбрана массовая концентрация жидкости в диапазоне от 10 до 70 при варьирования расходов жидкости и газа, сохраняя неизменными перепад давления на сопле (Р=5 ), размер капель (dp=50 мкм), диаметр сопла (dc= 12.5 мм). По результатам расчётов течений в соплах были определены средине значения скоростей фаз

па срезе сопла, при этом задание профилей скоростей и концентрации жидкости проводилось в соответствие с результатами [6].

По результатам расчётов струй представленных сделаны следующие выводы:

■ с увеличением концентрации жидкости увеличивается дальнобойность струи.

■ для струй с концентрацией 10 (и менее) с расстояния ~ 250 калибров границы струи и скорость на оси перестаёт изменяться, что можно считать пределом дальнобойности и вырождением струйного характера течения.

■ Практически для всех выбранных вариантов расчёта имеет место "эффект шнурования" струи: локальное увеличение концентрации капель на оси. Этот эффект был раннее описан авторами [ 7 ] для низкоконцентрированных двухфазных струй.

Изменения параметров на оси струи показано на рис. 5. й третьей гпяяр представлено описание экспериментальной установки и стенда и методов диагностики параметров в исследуемых течениях. Определение среднемассовых скоростей фаз на срезе сопла проводили при помощи измерения тяги и расходов фаз, подобно методам [2]. Для измерений параметров в различных сечениях получаемых газокапельных струй использовался зондовый метод [9]. Определение размеров капель в дальнем поле струи проводилось лазерным методом интегрирующей диафрагмы [10]. Помимо этого, во время экспериментов проводилось фотографирование струй для определения их визуальных границ.

Для определения значений скоростей фаз и концентрации жидкости по результатам зондовых измерений в высококонцентрированных потоках была разработана новая методика, учитывающая возможность возникновения скачка уплотнения в двухфазном потоке перед зондом :

уравнение количества движеиия для случая измерения импульса струи: 2(Р'г - Р,)Р, = К С,»',,+<7^, ( 1)

уравнение количества движения для случая отбора проб: (Р2 - Р,) Р, = СЛ'^+СЖ; - - (2 )

уравнение Бернулли случая отбора проб (при изотермическом процессе):

0 = СМ(!пР2 - 1пР,) + Сг(1У\,2 - 1У2г1)/2 + вж(1Г2ж2 - Ш2ж1)/2 (3 ) уравнение скачка уплотнения в двухфазной струе перед зондом: (Р, - Вп)Р, = СЖ-- КО = ¿Ре* Р, 1Гж=1¥ж1 (4)

уравнение состояния газа:

Р = в,т (5), р,=р,тт (б). Р2 = р2тт (7)

где Р, --- Ар, + В„, Р2 = Ар2 + В0, Т= Токр уравнения расходов и площадей:

= (8). рж\¥жРж (9), Рг + Рж = Р, (10)

Wk

О 10 20 30 40 Рис. 1 Зависимость скорости капель от массовой концентрации (А), Р=5

-вж=0 25 кг/с, dp/D0=1,O9*e-3

— "~G>k=2.5Kr/c, dp/D0=0 34'e-3

-G>k=25 кг/с, dp/D0=0,22*e-3

---G>k=250kt/c, dp/D0=0.07'e-3

250 200 150 100 50 О

О 0.1 0.2 03

Рис.2 Зависимость скорости капель от относительной длины сопла, Р=5

—4- -

- - -- •■ V - -

— [ —

dl

/Lc*e-3

"А=20

~А=5 А=40

. Wk

Ьр, мкм

„0 ,„ 25 50 75 100 Рис.3 Зависимость скорости капель от их

размеров при различных масштабах

системы, Р=5

-А=5, ар/00=0,34*е-3

--А=20, йрЮ0=0,69*е-

3

А=40, ЬрЛ)0=0,97*е-

0 10 20 30 40

Рис. 4 Зависимость скорости капель от А при различных давлениях перед соплом, Ьр=50мкм

Р0=0,2 МПа" "Р0=1 МПа " Р0=2 МПа

"Р0=0,5 МПа Р0=1,5 МПа

S=Wж/Wr

0 20 40 60

Рис.14 Скорости фаз на срезе сопла

Wr, йр=150мкм Wr, dp=100MKM Wr, dp=50MKM A Wr, эксп

W*, dp=150MKM "Wjk, dp=100MKM W«, dp=50MKM W«, эксп

0 20 40 60

Рис.15 Скольжение фаз (динамическая неравновесность) на срезе сопла

♦ Экспериментальные ■_данные

-Расчёт (dp/Lc=0 476'Е-З)

--Расчет (dp/Lc=0.345*E-3)

11р, м/с

ир/иро

Шс

О 50 100 150 200 250 300 350 400 Изменение продольной скорости капель вдоль оси струи

0.8 0.6 0.4 0.2

Шс

О 50 100 150 200 250 300 350 400 Изменение относительной скорости вдоль оси струи

1.2

У/г с

0.1 0,09 0 08 0.07 0.06 0.05 0.04 0,03 0.02 0.01 0

0 50 100 150 200 250 300 350 Изменение объёмной концентрации капель на оси струи

■ншс

400

1 1 ' . , , . '

1

¡1 . . -

N

I

0 50 100 150 200 250 300 350 Граница струи по 20 кратному ослаблению объёмной концентрации (в начальных радиусах)

Шс

400

Рис. 5 Изменение параметров вдоль оси струи по результатам параметрических расчётов. 1 - А=10, 2 - А=20, 3 - А=30,4 - А =40, 5 - А = 50. 6 - А = 60. (ир-скорость капель в струе, с - объёмная концентрация капель, с!с - диаметр, гс -радиус сопла).

А П*. Пя—|-гтгоот

Сж/Р. кг/м2/с

-10 -5 0 5 10

Рис. 6 Поля импульса струи с нач. параметрами А=30, Р=5(перпад на сопле)

-5 0 5 ю

Рис.7 Поля удельного расхода жидкости для струи с нач. параметрами А=30, Р=5

30 25 20 15 10 5

♦ по фото I по имп.

_пп ул рагх

0 100 200 Рис.8 Границы струи (А=30, Р=5)

X/dc

др*, МПа

0 100 200 Рис 10 Импульс на оси струи.

300

у/гс

30 25 20 15 10 5

) ф^тс

поудрасх

О 100 200

Рис.9 Границы струи (А=70, Р=5)

dp,мкм

-250-

200

♦ Р=5, А=70

-П Р, А=30

♦ А Р=5, А=50

-ТОО-1-

-15 -10 -5 0 5 10 15 Рис 13 Дисперсность капель в струе на расстоянии 2006с от сопла

у/гс

Рис 11. Поля скоростей для струи с параметрами А=30, Р=5(перепад на сопле) \Л/ж, срез -о- Wг, срез д - \Л/ж, 100dc X Wг, 100dc

А

Рис.12 Поля массовой концентрации жидкости для струи с параметрами А=30, Р=5

-♦-срезсопла -о-10йс

* 100dc

20 15 10 5 0

У/гс

расчёт!

п i"" п эксп i

: - —

Шс

0 100 200 300

Рис.16 Граница струи по удельному расходу жидкости (А=30, Р=5)

Шс

0 100 200 300

Рис. 17 Импульс на оси струи (А=30, Р=5)

0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0

1 1

i -расчет

п эксп

Ч. 1

Шс

0 100 200 300

Рис. 18 Объемная концентрация капель на оси струи (А=30, Р=5)

100 80 60 40 20 0

Шс

0 100 200 300

Рис. 19 Скорость капель на оси струи (А=30, Р=5)

G„ = p, w, ,F„ (11), Gxl = px Wx Fxl (12), Flt + Fx, = F, (13)

Сг2 = P2 Wl2Fl2 (14), Gx2 = /V WxFx2 (15), F,2 + Fx2 = F, (16) Gx = Gx¡ = Gx2 (17).

Обозначения:

К - коэффициент, учитывающий упругость удара капли в зонд, по данным [8], К = 2; F - площадь , G - расход, W-скорость, р - плотность, В0 -атмосферное давление, Др - избыточное давление, R- газовая постоянная, Т -температура.

Индексы: ж - капли, г - газ, , - зонд, * - параметр торможения, | -параметры после скачка уплотнения, 2 - параметры на входе в зонд, без индексов - невозмущённый поток.

Данная система решается методом итераций. Достоверность полученных результатов была определена при сравнении интегрального значения расхода газа определённого по полю скоростей на срезе сопла и измеренного подведённого расхода газа к модельной установки, а также совпадением интегрального значения импульса в начальном сечении струи со значением тяги сопла, определённом на том же режиме работы модельной установки.

Для каждого из используемых методов была проведена оценка максимальной систематической погрешности получаемых результатов.

R чртпрртпн ггтяпр приведены результаты экспериментальных исследований. Первоначально были получены среднемассовые значения скоростей на срезе сопла с помощью динамометрического метода. Их результаты были использованы в дальнейшем для сопоставления с одномерным расчётом и проверки достоверности результатов зондовых измерений. На основании экспериментальных данных были получены эмпирические формулы для определения скоростей газа и капель на срезе сопла в зависимости от массовой концентрации жидкости в газе для расчётного перепада давления на сопле Р=5: Wr = 672.57А"0 555, WK = 160,13 А"0 3085 в диапазоне концентрации А=10-200 и диаметра капель dp=100 - 200 мкм.

Обработаны и проанализированы зондовые измерения полей параметров в исследуемых струях на расстояниях 10, 25, 50, 70, 80, 100, 200, 300 калибров от среза сопла на различных режимах работы модельной установки, соответствующих массовой концентрации жидкости в диапазоне А =10 - 70 и перепаду давления на сопле в диапазоне Р = 3 - 7. На рис. 6, 7 представлены поля импульса двухфазной струи и удельного расхода жидкости в струе для режима с параметрами А=30, Р=5. На основании анализа полученных полей были экспериментально определены радиальные границы и дальнобойность исследуемых двухфазных струй. Радиальная граница была принята по 10-кратному ослаблению максимального значения импульса и плотности орошения в дампом сечении струи. В свою очередь, в

качестве условной относительной (в калибрах сопла) дальнобойности .струи можно принять 10-кратное ослабление импульса на оси. На рис. 8, 9 представлены радиальные границы для струй, соответствующих режимам с параметрами Р=5, А=30 и А=70. Кроме того, была произведена оценка визуальной границы для этих струй, полученная из анализа фотографий и соответствующая крайним трекам видимых капель. Как видно из представленных графиков, предложенные оценки радиальных границ струи по 10-кратному ослаблению импульса струи и удельного расхода жидкости хорошо совпадают друг с другом и, следовательно, предложенная оценка границы струн является удовлетворительной. На рис.10 представлено изменение импульса на оси струй для режимов, соответствующих параметрам Р=5, А=12, 30, 70. На режиме с А=30 на расстоянии от 50 до 100 калибров происходит "шнурование" струи, выражающееся в локальном увеличении значений импульса на оси, а потом более интенсивному их снижению. При сопоставлении радиальной границы струи и импульса на её оси видно, что после "шнурования" происходит увеличение угла раскрытия. На других режимах работы модельной установки данного эффекта обнаружено не было. По результатам проведённых зондовых измерений были определены поля скоростей фаз и массовой концентрации жидкости в струе с помощью методики, представленной в главе 3. Результирующие поля скоростей фаз и концентрации жидкости для режима с параметрами Р=5, А=30 представлены на рис. 11, 12. Как видно из рис.12 профиль массовой концентрации на срезе сопла обладает большой неравномерностью. Радиальная неравномерность профиля концентрации проявляется в разной степени и на других режимах работы модельной установки, но с увеличением массовой концентрации жидкости в газе двухфазное течение на срезе сопла становится более равновесным, радиальная неравномерность также уменьшается.

На основании анализа полей параметров вдоль оси двухфазной газокапельной струи, полученных по результатам экспериментальных исследований можно выделить следующие основные особенности:

1. На срезе сопла скорость газа на оси существенно выше скорости капель, а вблизи стенок сопла скорости газа и капель почти одинаковы. Основной причиной этого, очевидно, является соответствующее распределение жидкости в газе - максимальная концентрация на периферии. Скольжение фаз уменьшается с ростом массовой концентрации жидкости.

2. Далее, ниже по струе, происходит увеличение скорости капель на оси струи за счёт скорости газа, капли начинают обгонять газ. По краям потока происходит торможение газа и капель из-за подмешивания в струю окружающего воздуха, происходит постепенное расширение струи. Скорость газа на периферии струи при этом несколько выше скорости капель, по краям капли крупнее чем н центре (по результатам измерений дисперсности),

поэтому они хуже разгоняются. Профиль массовой концентрации жидкости остаётся подобным тому, что был на срезе сопла - по центру сохраняется локальный минимум.

3. Следующее характерное сечение для исследуемых газокапельных струй - сечение где скорости газа и капель практически сравниваются. Капли за счёт большей инерционности поддерживают скорость газа. Профиль массовой концентрации капель имеет локальный максимум вблизи периферии струи, в центральной части - локальный минимум. Границы струи продолжают расширяться, абсолютные значения удельного расхода снижаются, также как и значения скоростей фаз.

4. Основной участок струи - его началом можно считать поперечное сечение потока, в котором скорости газа и капель практически одинаковы (отличия могут наблюдаться по причине пульсаций), а профиль массовой концентрации жидкости имеет вид, характерный для параметров в основном участке струи - максимальное значение в центре и плавное снижение к периферии. Для рассматриваемых режимов работы модельной установки примером начала основного участка можно считать сечения на расстоянии 100 калибров от среза сопла для режимов с А=30 и А=70. Течение в основном участке рассматриваемых газокапельных струй характеризуется медленным (по сравнению с предыдущим участком) снижением скоростей фаз и массовой концентрации жидкости вдоль потока.

Проведённый анализ позволяет найти объяснение замеченному резкому изменению значения импульса на оси струи, а также угла её раскрытия. Этот участок, очевидно, является переходным, на котором профиль массовой концентрации, имеющий локальный минимум в центре и локальный максимум на периферии, переходит в профиль с максимумом в центре.

Измерения дисперсности были проведены в дальнем поле струи, на расстоянии 200 калибров от среза сопла методом интегрирующей диафрагмы, позволяющем получить среднеповерхностный диаметр капель. Результаты измерений для струй с параметрами Р=5, А=30, 50, 70 представлены на рис. 13, по нему видно, что мелкие капли собираются в центре струи, а крупные располагаются на периферии, что также видно и по фотографиям струй.

В_пятой_славе представлен совместный анализ результатов

теоретических и экспериментальных исследований рассматриваемых течений. Сначала проведено сравнение результатов одномерных расчётов со среднемассовыми значениями скоростей фаз на срезе сопла. Расчётные значения скоростей фаз, наиболее соответствующие геометрии реального сопла модельной установки, были определены для диаметров капель 50, 100 и 150 мкм, что соответствует средним размерам капель в струе в выбранном диапазоне концентраций жидкости Л = 10 - 70. На рис.14 можно видеть

зависимости для скоростей фаз от массовой концентрации жидкости в газе по результатам расчётов и эксперимента представленные совместно. По нему можно заключить, что квазиодномерная модель течения в сопле, несмотря на ряд принятых допущений, даёт хорошее качественное совпадение с экспериментом. При этом скорость газа хорошо совпадает с расчётом, выполненным для размеров капель 100-150 мкм. Если, в свою очередь, сопоставить экспериментальные и расчётные значения скольжений фаз рис. 15, получим, что в расчётах они несколько завышены. Такое расхождение расчётов и экспериментов можно объяснить большой поперечной неравномерностью полей концентрации жидкости на срезе сопла и полидисперсным составом реального течения. Отсюда можно сделать вывод, что при расчётах высококонцентрированных течений в соплах необходимо будет учитывать двумерность течения. Тем не менее, хорошее качественное совпадение даёт основания считать достоверными основные выводы, сделанные по результатам критериальных исследований.

Результаты параметрических расчётов двухфазных струй, которые представлены во второй главе, можно сопоставить с результатами экспериментов. Из сопоставления графиков на рис.5 и рис. 8, 9, 10 следует, что проведённые параметрические расчёты качественно правильно отражают поведение реальных двухфазных струй:

• увеличение дальнобойности с ростом концентрации; •проявление эффекта "шнурования" струи; •вырождение струйного течения для А=10 с 250 калибров. Однако, радиальные границы полученные в расчёте оказались существенно меньше экспериментальных. Для дальнейшего сравнения был проведён расчёт струйного течения с начальными полями скоростей фаз и концентрации жидкости соответствующими экспериментальным данным. В этом случае сходимость результатов значительно улучшилась (см. рис. 1619). Дальнейшее улучшение результатов математического моделирования будет возможно, если учесть реальное распределение дисперсности в начальном сечении струи, что пока невозможно по причине отсутствия экспериментальных данных. Таким образом, была доказана работоспособность использованной математической модели двухфазной струи с однопараметрической моделью турбулентности для проведения расчётов газокапельных струй с высокой концентрацией жидкости.

На основании проведённых теоретических и экспериментальных исследований были также разработаны рекомендации для проектирования газожидкостных систем пожаротушения. Одной из таких систем стала ранцевая установка пожаротушения "ИГЛА - 1 - 0.4", разработанная в НИИНТ при МАИ. При проектировании подобного рода систем требуется, в частности, решать задачу получения дальнобойной мелкодисперсной струи. Два этих требования оказываются противоположными, поскольку и

дальнобойность, и размер капель растут с увеличением концентрации жидкости. Решение этой задачи может быть найдено из графиков рис. 20, на котором представлена дальнобойность и дисперсность двухфазных струй в зависимости от концентрации. Дальнейшее развитие проводимых исследований привело к созданию действующих стендов большей мощности с расходами жидкости от 10 до 40 кг/с. Выбор массовой концентрации был осуществлён по результатам исследований на модельной установке: А=30-40. В настоящее время практически отсутствуют данные по дальнобойности газокапельных струй, но опубликовано большое количество данных по жидкостным струям. Для возможности предварительной оценки дальнобойности проектируемых двухфазных систем было проведено их сравнение с однофазными по результатам проведённых экспериментов. Результат представлен на рис. 21. Дальнобойность однофазных струй определялась по границе пятна на земле, а за дальнобойность двухфазных была условно принята визуальная граница до распада струи, определяемая по фотографиям, поскольку на распространение газокапельных мелкодисперсных струй сила тяжести оказывает значительно меньшее влияние. Как следует из представленного графика, дальнобойность двухфазных струй до распада можно приблизительно оценивать по максимальной дальнобойности однофазных при одинаковых начальных давлениях и расходах жидкости.

Основные результаты и выводы.

В процессе работы было проведено теоретическое и экспериментальное исследование двухфазных газокапельных течений с высокой концентрацией жидкости в соплах и струях: осуществлён выбор математических моделей, выполнены критериальные и параметрические расчёты течений в соплах и струях, проведена серия экспериментов на модельной установке. Проведён совместный анализ теоретических и экспериментальных результатов. Даны рекомендации для решения прикладных задач.

Основные выводы проведённого исследования следующие:

1. Опрецелено, что основным параметром, определяющим дальнобойность и радиальные границы двухфазных газокапельных струй является массовая концентрация жидкости в газе.

2. В диапазоне концентраций от 12 до 70 измерены поля импульса и расходов фаз п различных сечениях струй. Создана новая методика обработки этих данных, позволяющая получать поля скоростей фаз и

Рис.20 Дальнобойность и дислерснось газокапельной струи.

♦ Дальнобойность по 10 кратному ослаблению импульса на оси, Х/с1с О Дисперсность средняя, мкм

Экспоненциальный (Дисперсность средняя, мкм)

1.струи, м

О 20 40 60 80

Рис.21 Дальнобойность жидкостных (по баллистической траектории) и газожидкостных (но визуальной границе до распада) струй.

концентрации жидкости в высококонцентрированных потоках. Проверена её достоверность.

3. Проанализированы экспериментально полученные поля параметров. По ним определены радиальные границы и дальнобойность исследованных струй. Выделены характерные участки течения.

4. Показана возможность применения математической модели двухфазной турбулентной струи с моделью турбулентности первого порядка для расчётов струй с высокой концентрацией жидкости. Использование модели позволяет получить качественно правильную и количественно верную картину течения. Для достижения более полного количественного соответствия для такой многопараметрической системы необходимы дальнейшие экспериментальные исследования, которые позволят получить параметры дисперсности в начальном сечении рассматриваемых струй.

5. Проведена сравнительная оценка дальнобойности двухфазных и однофазных струй. Даны рекомендации по проектированию газожидкостных систем различной мощности.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:'

1.3уев Ю. В., Лепешинский И. А., Ципенко А.В., Воронецкий А.В. Моделирование двухфазных струйных течений. Сравнение моделей./ Международный Аэрозольный Симпозиум. Декабрь 1996, Москва, Россия.// М.: Aerosol Technology Ltd, 1996. -№11.- С.28-36.

2. Воронецкий А.В., Лепешинский И.А., Зуев Ю.В., Фёдорова Н.М. Исследование дальнобойности двухфазных газокапельных струй. Тезисы докладов XVII Всероссийского семинара "Течения газа и плазмы в соплах, струях и следах"// С.-Птб.: 1997.- С. 96.

3. Воронецкий А. В. Экспериментальное исследование дальнобойности газожидкостных струй дисперсной системы пожаротушения. Научный вестник МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность №15// М.:1999.- С. 7172.

4. Лепешинский И.А.. Воронецкий А.В., Зуев Ю.В., Доркин. Э.А. и др. "Исследования по созданию и экспериментальной отработке быстродействующих экологически чистых генераторов огнетушащего аэрозоля для бронетанковой и авиационной техники, обеспечивающих высокую живучесть экипажа и сохранность боеприпаса" /Отчёт /НИИНТ при МАИ. Иив. № 6-1-98, УДК№ 614.847/.877.// М.: 1998. - 38 с.

5. Лепешинский И.А., Воронецкий А.В., Решетников В.А., Онес В.И. и др. "Разработка стенда для испытания образцов портативной ранцевой системы. Комплексные газодинамические испытания элементов пожарных

систем". Этап 2. Комплексные газодинамические испытания элементов пожарных систем. / Отчёт / МАИ по договору № 2-98/ 90430 - 00350 от 1 марта 1998. ИМ.: 1999. - 61с.

Список использованных источников:

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

2. Борисенко А.И., Селиванов В.Г., Фролов С.Д. Расчёт и экспериментальное исследование газожидкостного сопла при значительном содержании жидкости в газе. В кн. Вопросы газотермодинамики энергоустановок.// Харьков: 1974. - С. 83-93.

3. Абрамович Г.Н. О влиянии примеси твёрдых частиц или капель на структуру турбулентной газовой струи. //Доклад АН СССР, 1973.

4. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А. Математическая модель двухфазной турбулентной струи. //Изв. АН СССР. МЖГ, 1981. № 6, - С.69-77.

5. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А. Теоретическое исследование двухфазных многокомпонентных струй с фазовыми переходами. Сб. Тезисов докладов Международной научно-технической конференции "Современные научно-технические проблемы гражданской авиации".//М.: МГТУ ГА, 1996.-С. 45.

6. Shearer A.J., Tamura H., Faeth G.M. The structure of Particle - Laden Jet and Nonevaporating Sprays. NASA CR 168059.

7. Зуев Ю.В., Лаатс M.К., Лепешинский И.А. О механизме немонотонного изменения концентрации дискретной фазы вдоль оси двухфазной струи.// Изв. АН СССР. МЖГ. - 1985.-№4.-С.183-185.

8. Васильев Ю.В., Гальнбек A.A., Китанин Э.Л. Применение трубчатых зондов при исследовании гидродинамики газожидкостных потоков. Сб.:Газотермодинамика , многофазных потоков в энергоустановках.//Харьков -1978, вып.1 - С. 117 - 123.

9. Лепешинский И.А., Бузов A.A. Зондовый метод определения параметров двухфазного потока. В кн. Исследования по тепломассобену.// М., ЭНИП, вып. 53, 1975.

Ю.Зуев Ю.В. Лазерно-оптический прибор для измерения дисперсности и концентрации аэрозолей.// Информационный листок МосгорЦНТИ №312-88.-1988.

П.Ульянов Н.И. Влияние начальных параметров порошковой струи на изменение скорости, плотности и удельного расхода в её основном участке. Пожарная техника и автоматические установки пожаротушения. Сб. Науч. Тр.// М.: ВИПТШ МВД СССР, 1989. - С. 51-53.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО МНОГОФАЗНЫМ ТЕЧЕНИЯМ В СОПЛАХ И СТРУЯХ.

1.1. Методы расчета сопла с двухфазным рабочим телом (обзор основных моделей), экспериментальные исследования сопловых течений.

1.2. Современное состояние вопросов теоретического и экспериментального исследований многофазных турбулентных струйных течений.

1.3. Выводы к главе 1.

1.4. Цель работы.

1.5.Постановка задачи.

5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВУХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ "СОПЛО-СТРУЯ" С ВЫСОКОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ.

2.1 .Критериальные исследования двухфазных течений в соплах.

2.1.1. Блок формирования двухфазного газокапельного потока камера смешения).

2.1.2 Одномерная математическая модель течения двухфазного рабочего тела в осесимметричном сопле.

2.1.3. Выбор исследуемых критериев и диапазонов их варьирования.

2.1.4. Результаты проведённых расчётов.

2.1.4.1 Исследование влияния концентрации жидкой фазы.

2.1.4.2.Исследоваие влияния геометрических критериев.

2.1.4.3.Исследование влияния давления перед соплом.

2.1.5.Скольжение фаз на срезе сопла (динамическая неравновесность).

Результаты критериальных исследований двухфазных высококонцентрированных течений в соплах.

2.2. Параметрические исследования двухфазных газокапельных струй с высокой концентрацией жидкости.

2.2.¡.Системауравнений, описывающих осесимметричную двухфазную турбулентную струю.

2.2.2.Выбор диапазонов исследуемых параметров и граничных условий для проведения расчётов.!.

2.2.3.Результаты параметрических расчётов газокапельных струйных течений.

2.3.Выводы по главе 2.

3. МОДЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГАЗОКАПЕЛЬНЫХ СТРУЙНЫХ И СОПЛОВЫХ ТЕЧЕНИЙ С ВЫСОКОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ЖИДКОСТИ В ГАЗЕ.

3.1.Лабораторный стенд для проведения экспериментальных исследований газокапельных течений.

3.2 Методы измерений параметров исследуемых двухфазных течений.

3.2.1. Динамометрический метод.

3.2.2. Газодинамический метод.

3.2.3. Лазерно-оптический метод интегрирующей диафрагмы.

3.2.4 Фотография.

3.3.Выводы к главе 3.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДВУХФАЗНОЙ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СИСТЕМЫ "СОПЛО-СТРУЯ" С ВЫСОКОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ.:.

4.1. Получение интегральных характеристик двухфазного газокапельного потока на срезе сопла.

4.2. Определение полей параметров в двухфазных струях.

4.2.1. Результаты измерений параметров двухфазных струй с помощью зондового метода.

4.2.2.Результаты измерений дисперсности жидкой фазы в двухфазных струях методом интегрирующей диафрагмы.

4.3. Выводы по главе 4.

5.СОВМЕСТНЫЙ АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДВУХФАЗНОЙ ГАЗОКАПЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ "СОПЛО-СТРУЯ".

5.1. Сравнение скоростей фаз на срезе сопла, полученных по экспериментальным и теоретическим исследованиям двухфазных газокапельных течений в соплах.

5.2. Сравнение результатов параметрических расчётов двухфазных струй с результатами экспериметов.

5.2.1. Сравнение результатов параметрических расчётов двухфазных струй с результатами экспериментов.

5.2.2 Проведение расчётов струй с начальными полями параметров, соответствующих экспериментальным данным.

5.3. Практическое использование результатов проведённых научных исследований.

5.3.1.Выбор параметров системы пожаротушения малой мощности (ПРС).'.

5.3.2.Сравнение максимальной физической дальности при одинаковых давлениях и расходах жидкости для двухфазных и однофазных систем.

5.4. Выводы к главе

Актуагт^н^тт» рябптьт Расчет параметров таких распространенных в практике течений как течения в соплах и струях за реактивными и ракетными двигателями с осесимметричным соплом, аэрозольных струй распыливающих устройств, струй установок для поливания и орошения в сельском хозяйстве и установок для тушения пожара, струй для распыливания жидких компонентов топлива в камерах сгорания и т. п. , является важной для инженерной практики задачей. Эти течения относятся к классу турбулентных многофазных неравновесных многокомпонентных полидисперсных неизотермических осесимметричных струй. Особым классом таких течений можно назвать высококонцентрированные газокапельные течения, обладающие рядом специфических свойств, одно из которых - существенное снижение скорости звука (в несколько раз) в двухфазной среде по сравнению с чистым газом и слабоконцентрированными течениями. Эти течения отличаются от других высококонцентрированных газожидкостных течений (вспененных потоков и пузырьковых течений) тем, что в них несущей фазой, непрерывно распределённой в пространстве является газ.

В настоящее время отсутствует законченная теория двухфазных турбулентных течений в соплах и струй. Комплексное экспериментальное исследование таких потоков чрезвычайно сложно, ввиду необходимости применения уникального оборудования и особых рабочих тел (капель определенного размера и заданного компонентного состава), а также разработки и использования специальных методов измерения параметров потока и соответствующей измерительной техники. Однако, дальнейшее развитие математического моделирования этих течений невозможно без получения экспериментальных данных, позволяющих провести проверку разрабатываемых математических моделей.

Представленная работа посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию высококонцентрированных газокапельных течений в системе "сопло-струя".

Теоретическое исследование выполнено с использованием хорошо известных математических моделей двухфазных течений: квазиодномерная модель течения в 8 сопле и двухфазная турбулентная неизотермическая модель струи с моделью турбулентности первого порядка. Из-за отсутствия данных о дисперсном составе потока на входе в сопло и на выходе из него было принято допущение о монодисперсности рассматриваемых течений. Фазовые переходы при высокой концентрации жидкости также не рассматривались.

Высокое содержание жидкости в газе потребовало серьёзного пересмотра методологии экспериментальных исследований. Потребовалось учитывать возможность возникновения скачка уплотнения в двухфазной среде перед измерительным насадком из-за существенного снижения скорости звука.

Работа представляет собой продолжение исследований многофазных струй, в свое время начатых Г.Н. Абрамовичем и научно-исследовательской группой каф.201 МАИ и продолжающихся по сей день.

Диссертационная работа базируется на теоретических и экспериментальных исследованиях, выполненных на кафедре "Теории двигателей" Московского государственного авиационного института и НИИ НТ при МАИ и проводилась в соответствии с планом научно-исследовательских работ.

В процессе работы были проведены критериальные исследования высококонцентрированных двухфазных течений в соплах и параметрические исследования турбулентной двухфазной неравновесной монодисперсной неизотермической осесимметричной струи без фазовых переходов, коагуляции и дробления капель. В результате определены граничные условия и основные параметры для проведения экспериментальных исследований. В ходе экспериментов измерены поля импульса и расходов фаз в высококонцентрированных газокапельных струях. По результатам измерений определены радиальные границы струй, их дальнобойность, выявлены участки течений, характеризующиеся различным характером поперечных профилей параметров (удельного расхода жидкости и массовой концентрации жидкости, импульса, скоростей фаз). Разработана новая методика обработки зондовых измерений, позволяющая определять скорости и концентрации фаз при невозможности проведения изокинетических измерений. Подтверждена достоверность результатов данной методики с помощью сравнения 9 результатов, полученных различными способами. Проведена проверка адекватности использованных математических моделей. Показана применимость рассмотренной модели двухфазной струи с однопараметрической моделью турбулентности для расчётов газокапельных струйных течений с высокой концентрацией жидкости в газе. Даны рекомендации по выбору параметров и проектированию пожарных систем различной мощности на основе двухфазной системы "сопло-струя".

Гпирр.меннпр гпгтпяние кпттрог.я К настоящему времени известно значительное количество работ, статей и монографий, посвященных исследованию многофазных течений. В большинстве из них рассматриваются течения газа с небольшим количеством примеси в виде твёрдых частиц или капель жидкости в каналах или струях. Основная практическая направленность этих работ - исследования процессов смесеобразования, выпадения конденсата на стенки, эррозия стенок сопел ракетных двигателей, процессы газодинамического напыления и др. И лишь небольшая часть известных на сегодня работ посвящена исследованиям двухфазных течений с высокой (более 5) массовой концентрацией дисперсной фазой в газе. Непрерывной и несущей фазой в данном случае является газ, это отличает подобные течения от течений вспененных жидкостей и течений жидкостей с пузырьками газа. Одно из основных направлений таких исследований - гидрореактивные двигатели.

Среди работ, посвящённых исследованиям высококонцентрированных течений в соплах следует отметить работы, проведённые в Московском авиационном институте [24, 25, 40 и др.], Харьковском авиационном институте [23, 118], в которых рассматриваются двухфазные течения с концентрацией до 50 и выше. Для расчёта таких течений эти авторы использовали квазиодномерную модель, отличающуюся достаточной простотой и прошедшей экспериментальную проверку. При этом могут быть учтены процессы дробления и коагуляции капель, а также испарения и конденсации жидкости. Учёт радиальной неравномерности потока возможен при использовании двумерных моделей, но они, в основном применяются для случаев низкой массовой концентрации дисперсной фазы (до 5) и для течений со сверхзвуковыми скоростями.

10

Модели двухфазных струй базируются на однофазных с привлечением различных моделей турбулентности. Модели турбулентности первого порядка основаны на гипотезе пути смешения Прандтля и применяются к двухфазным течениям. Они отличаются простотой и используются для моделирования ряда течений. Двухпараметрические модели турбулентности применимы к более широкому спектру течений, но чрезмерно сложны и поэтому, их применение для инженерных расчётов ограничено. Одной из первых математических моделей многофазных струйных течений является модель Г.Н. Абрамовича [50], предложившего рассматривать многофазную струю как газовую с переменной плотностью. Модернизированные варианты этой модели, использующие однопараметрическую модель турбулентности для описания взаимодействия фаз были развиты последователями Г.Н. Абрамовича и распространены на достаточно широкий класс течений.

Большинство экспериментальных исследований двухфазных течений посвящено течениям, где массовая концентрация дисперсной фазы в газе составляет от 0.1 до 1. Среди экспериментальных исследований двухфазных течений с высокой массовой концентрацией частиц (или капель) известны немногочисленные работы, посвящённые течениям в соплах. В основном, по результатам измерений определялись среднемассовые скорости фаз на срезе сопла. [23]. Экспериментальные исследования высококонцентрированных двухфазных струй представляют большие технические трудности, поскольку традиционные методы измерений (лазерно-оптические, зондовые), применяемые при исследовании параметров в поперечных сечениях низкоконцентрированных струй оказываются неработоспобными или требующими серьёзной доработки при увеличении плотности исследуемых потоков.

На сегодняшний день лишь немногие авторы рассматривают течения в соплах и струях как единую задачу. Для двухфазных течений с высокой концентрацией дисперсной фазы можно отметить работы Ульянова Н.И. [107, 108], посвящённые экспериментальному изучению газопорошковых смесей в насадках и струях. Но проведённые им исследования имеют чисто прикладной характер и базируются на гомогенной теории двухфазной смеси.

11

Об-кек-тпм исптедгтдргий излагаемых в данной диссертации является газокапельное течение с высокой концентрацией жидкости в системе "сопло-струя". В рассматриваемую систему входят: блок формирования газокапельной смеси (камера смешения); сопло с двухфазным рабочим телом; высококонцентрированная газокапельная струя.

Исследование системы как единого объекта проводилось экспериментально. Теоретические исследования течений в соплах и струях определили область интересующих значений параметров рассматриваемой системы.

Цепь рябпттл - Проведение экспериментальных и теоретических исследований газокапельных течений в соплах и струях при высокой массовой концентрации жидкости в газе.

Главными задачами работы являлись : анализ современного состояния вопросов исследования двухфазных течений, определение объекта исследования (система "сопло-струя"); выбор математических моделей двухфазных струйных и сопловых течений для проведения критериальных и параметрических расчётов; определение допущений и граничных условий для теоретических исследований; анализ результатов проведённых численных расчётов, выбор параметров и диапазонов их варьирования для проведения экспериментальных исследований; выбор методов измерений для проведения экспериментальных исследований, доработка существующей методики обработки зондовых измерений параметров в газокапельных потоках для случая высокой концентрации жидкости в газе; проведение экспериментальных исследований, анализ результатов и проверка их достоверности; оценка адекватности использованных математических моделей и принятых при расчётах допущений; разработка рекомендаций для проектирования газокапельных систем

12 сопло-струя" различных масштабов при решении прикладных задач (системы пожаротушения и т.п.).

Научигяя нгтичня работы состоит в том, что: проведены теоретические и экспериментальные исследования газокапельных течений при высокой концентрации дисперсной фазы; измерены поля импульса и расходов фаз в различных сечениях высококонцентрированных газокапельных струй, по ним определены радиальные границы и дальнобойность, выявлены характерные участки течения для таких струй; разработана новая методика определения скоростей и концентраций фаз по результатам измерений параметров в двухфазных струях зондовым методом, учитывающая возможность возникновения скачка уплотнения в высококонцентрированном двухфазном потоке перед измерительным насадком; показана необходимость перехода к двумерным моделям при расчёте газокапельных сопловых течений с высокой концентрацией жидкости в газе. подтверждена возможность использования модели турбулентности 1-го порядка применительно к двухфазным течениям с высокой массовой концентрацией жидкости в газе; проведены сравнительные оценки дальнобойности однофазных жидкостных и двухфазных газокапельных струй на базе экспериментальных данных. пря ктмургуя я тунног.ть работы состоит в том, что созданная методика обработки зондовых измерений в высококонцентрированных газожидкостных потоках существенно расширила возможности применения газодинамического метода измерения параметров в двухфазных струях. Экспериментально полученные поля параметров в ряде сечений высококонцентрированных газокапельных потоков позволили провести проверку и корректировку математической модели двухфазной турбулентной струи и модели турбулентности 1-го порядка для применения в этой области. Проведённый анализ экспериментальных и теоретических исследований позволил выявить характерные участки течения для газокапельных струй с высокой концентрацией жидкости, определить их границы и дальнобойность в зависимости от основных параметров и граничных условий. Подтверждена возможность

13 использования однопараметрической модели турбулентности при моделировании газокапельных турбулентных струй с высокой концентрацией жидкости. Даны рекомендации для решения прикладных задач.

Реаттизатщя и внедрение результатов работы. Основные научные результаты, полученные в диссертационной работе, использовались при выборе параметров и проектировании ранцевой установки пожаротушения "ИГЛА-1-0.4", а также для проведения прикладных исследовательских работ по газокапельным течениям в научно-исследовательской группе кафедры 201 МАИ и НИИНТ при МАИ. Это подтверждается соответствующим актом.

Достоверность результатов исследования обеспечивается непосредственным сопоставлением экспериментальных данных, полученных различными способами, а также их сопоставлением с результатами теоретических расчётов.

На защиту выносятся результаты:

1. Теоретических расчётов: критериальные исследования высококонцентрированных двухфазных течений в соплах и параметрические расчёты струйных течений.

2. Экспериментального исследования газокапельного течения с высокой концентрацией жидкости в сопле и струях.

3. Методика обработки зондовых измерений, проведённых в высококонцентрированных газожидкостных потоках.

4. Результаты сравнительного анализа проведённых экспериментальных и теоретических исследований.

Апробация работы Результаты выполненных исследований докладывались и получили положительную оценку на аспирантских и газодинамических семинарах кафедры "Теории воздушно - реактивных двигателей" МАИ, а также на конференциях и семинарах: XVII Всероссийский семинар "Течения газа и плазмы в соплах, струях и следах" С.-Птб. 1997, Международный Аэрозольный Симпозиум, М. 1996 и 1998, 15 -ая научно-практическая конференция "Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков", М. ВНИИПО РФ 1999.

Публикации Материалы диссертационной работы излагались в 9 печатных

14 работах, отражены в 5 научных отчетах.

Структура и г>бт.ём диггрртгщипннпй рябпттл Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Основная часть работы изложена на 118 страницах машинописного текста, всего работа содержит 64 рисунка, 4 таблицы и 131 библиографическое название, из них 26 на иностранных языках, общий объём работы - 155 страниц.

ОсН"РР"Р г.пдррждимр: рабпттл Rn тше/тенш-т обосновывается • актуальность проблемы, приводятся наиболее важные научные и практические результаты, представленные к защите, кратко описывается структура работы.

R первой гттаие; обзорного характера,, рассмотрены основные результаты теоретических и экспериментальных исследований многофазных турбулентных струйных течений и течений в каналах, полученные различными коллективами. Отмечается весомый вклад в развитие теории таких течений Г.Н. Абрамовича, Л.Б. Гавина, Т.А. Гиршович, И.В. Деревича, Л.И. Зайчика, Ю.В. Зуева, И.А. Лепешинского, А. Мостафы, В.А.Наумова, Р.И. Нигматулина, В.Г. Селиванова, Л.Е. Стернина, A.A. Шрайбера, С. Эльхобаши и др. Анализируются экспериментальные работы В.Г. Селиванова, И.А. Лепешинского, Ю.В. Зуева, А.Дж.Ширера, A.C. Соломона и А.Дж.Йула, посвящённые исследованию многофазных течений в соплах и струях. Из проведённого анализа опубликованных работ следует, что теория многофазных течений в соплах и струях в настоящее время находится на этапе развития. Несмотря на многочисленные теоретические и экспериментальные результаты, полученные различными научными коллективами, при разработке математических моделей этих течений пока отсутствует единый подход, большинство исследований имеют "узкую специализацию", отсутствует единая экспериментальная база, позволяющая разрабатывать, сравнивать и тестировать математические модели, нет единых подходов к проведению экспериментов, что вполне объясняется большими техническими и методологическими трудностями в их проведении. Чаще всего исследования проводятся или по течениям в соплах, или по струям, хотя это единая система. По результатам обзора литературы формулируется цель работы.

15

Ртпрая гттяиа посвящена проведению теоретических исследований двухфазных течений с высокой концентрацией дисперсной фазы. На основании проведённого в первой главе анализа различных математических моделей для исследуемых течений были выбраны квазиодномерная двухскоростная, двухтемпературная модель для расчётов сопловых течений [24] и модель двухфазной турбулентной струи с моделью турбулентности первого порядка. В продолжение исследований проведённых авторами [24, 25], были выбраны параметры и граничные условия для критериальных исследований течений в соплах. По их результатам выбраны параметры для расчётов струй, которые проводились по математической модели, разработанной авторами [60]. В итоге определены интересующие параметры и граничные условия для экспериментальных исследований высококонцентрированных газокапельных течений в системе "сопло-струя".

Третьяглава посвящена описанию модельной установки, стенда для проведения экспериментальных исследований, методологии проведения экспериментов. Для проведения исследований были выбраны следующие методы: метод измерения реактивной тяги сопла (для определения среднемассовых значений скоростей фаз на срезе сопла); зондовый метод измерения параметров в различных сечениях поля струи; лазерно-оптический метод интегрирующей диафрагмы для определения дисперности жидкой фазы в дальнем поле струи.

Поскольку зондовый метод описанный авторами [26] ранее не использовался для измерений в высококонцентрированных струях, методика обработки результатов измерений была разработана заново с учётом возможности возникновения скачка уплотнения в двухфазном потоке перед зондом. Появление таких скачков объясняется существенным снижением скорости звука в двухфазных средах по сравнению с чистым газом [45 - 47].

Для всех применяемых методик приводится оценка относительной систематической погрешности.

Четвёртаяглава посвящена описанию результатов , проведённых экспериментов. Представлены среднемассовые скорости фаз на срезе сопла для

17

Основные выводы проведённого исследования следующие:

1. Определено, что основным параметром, определяющим дальнобойность и радиальные границы двухфазных газокапельных струй является массовая концентрация жидкости в газе.

2. В диапазоне концентраций от 12 до 70 измерены поля импульса и расходов фаз в различных сечениях струй. Создана новая методика обработки этих данных, позволяющая получать поля скоростей фаз и концентрации жидкости в высококонцентрированных потоках. Проверена её достоверность.

3. Проанализированы экспериментально полученные поля параметров. По ним определены радиальные границы и дальнобойность исследованных струй. Выделены характерные участки течения.

136

4. Показана возможность применения математической модели двухфазной турбулентной струи с моделью турбулентности первого порядка для расчётов струй с высокой концентрацией жидкости. Использование модели позволяет получить качественно правильную и количественно верную картину течения. Для достижения более полного количественного соответствия для такой многопараметрической системы необходимы дальнейшие экспериментальные исследования, которые позволят получить параметры дисперсности в начальном сечении рассматриваемых струй.

5. Проведена сравнительная оценка дальнобойности двухфазных и однофазных струй. Даны рекомендации по проектированию газожидкостных систем различной мощности.

137

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе рассмотрено двухфазное газокапельное течение с высокой концентрацией дисперсной фазы в системе «сопло-струя». Анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований газокапельных течений позволил определить круг вопросов, не нашедших пока достаточной теоретической и экспериментальной проработки. Анализ состояния современных систем пожаротушения позволил определить практическую направленность проводимых исследований - получение мелкодисперсных дальнобойных высокоскоростных газокапельных струй.

В процессе работы было проведено теоретическое и экспериментальное исследование двухфазных газокапельных течений с высокой концентрацией жидкости в соплах и струях: осуществлён выбор математических моделей, выполнены критериальные и параметрические расчёты течений в соплах и струях, проведена серия экспериментов на модельной установке. Проведён совместный анализ теоретических и экспериментальных результатов. Даны рекомендации для решения прикладных задач.

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. Бабуха Г.Л., Шрайбер A.A. Взаимодействие частиц полидисперсного материала в двухфазных потоках. // Киев: Наук. Думка, 1972. 175 с.

4. Борщевский Ю.Т., Федоткин И.М., Колодин A.M. Двухфазные турбулентные струйные течения. // Киев: Техшка, 1972. 146 с.

5. Васенин И.М., Архипов В.А., Бутов В.Г., Глазунов A.A., Трофимов В.Ф. Газовая динамика двухфазных течений в соплах. // Томск: Изд-во Томск.ун-та, 1986. 264 с.

6. Волков Э.П., Зайчик Л.И., Першуков В.А. Моделирование горения твердого топлива. // М.: Наука, 1994. 320 с.

7. Волощук В.М. Введение в гидродинамику грубодисперсных аэрозолей. // Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 208 с.

8. Грин X., Лейн В. Аэрозоли пыли, дымы и туманы. // Л.: Химия, 1972. - 428 с.

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

10. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. // М.: Энергоиздат, 1981.-472 с.1.. Дюнин А.К. Механика метелей. // Новосибирск: СО АН СССР, 1963. 240 с.

11. Медников Е.П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей. // М: Наука, 1981. 174 с.

12. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. // М.: Наука. Гл.ред. физ,-мат.лит., 1978. 336 с.

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

14. Новые исследования по общим уравнениям гидродинамики и энергии двухфазных течений / под ред. Телетова С.Г. // М.: Атомиздат, 1970. 61 с.

15. Салтанов Г.А. Сверхзвуковые двухфазные течения. // Минск: Высшая школа, 1972.-480 с.138

16. Стернин JI.E. Основы газодинамики двухфазных течений в соплах. // М.: Машиностроение, 1974. 212 с.

17. Стернин Л.Е., Маслов Б.Н., Шрайбер A.A., Подвысоцкий A.M. Двухфазные моно- и полидисперсные течения газа с частицами. // М.: Машиностроение, 1980. -172 с.

18. Фукс H.A. Испарение и рост капель в газообразной среде. // М.: Изд-во АН СССР, 1958. 92 с.

19. Шрайбер A.A., Гавин Л.Б., Наумов В.А., Яценко В.П. Турбулентные течения газовзвеси. // Киев: Наук. Думка, 1987. 240 с.

20. Friedlander S.K. Smoke, dust and haze: Fundamentals of aerosol behavior. // New York: Wiley & Sons, 1977. 317 p.

21. Soo S.L. Fluid dunamics of multi-phase systems. Toronto-London, 1967. - Pyc.nep. Coy С. Гидродинамика многофазных систем. // M.: Мир, 1971. - 536 с.

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

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

24. Лепешинский И.А., Зуев Ю.В., Рутовский В.Б., Способ измерения размеров капель. A.c. №612161. "Открытия, изобретения, промышленные товарные знаки" №23, 1978.139

25. Лепешинский И.А., Бузов А.А., Барановский С.И., Пак Г.А., Старик В.Д. "О влиянии начальных условий на двухфазное течение в сопле" Сб. "Вопросы газотермодинамики энергоустановок"// X.: 1975, вып.2, С. 14-19.

26. Лепешинский И.А. "Теория оптимального реактивного двигателя с двухфазным рабочим телом". Сб. "Вопросы газотермодинамики энергоустановок, Харьков, 1976г., вып.З, стр. 11-21.

27. Рудингер (G Rudinger) "Двухфазное течение в соплах при большой весовой доле частиц", "Ракетная техника и космонавтика" 1970, №7, С.128-136.

28. G Rudinger. "Relaxation in Gas-Particle Flow","Gasdynamics" 1969, 1, New-York-London.

29. Рудингер (G Rudinger), "Влияние конечного объёма, занимаемого частицами, на динамику смеси газа и частиц", "Ракетная техника и космонавтика" 1965, №7, С.З-10.

30. Верещака Л.П., Крайко А.Н., Стернин Л.Е. "Метод характеристик для расчёта сверхзвуковых течений газа с инородными частицами в плоских и осесимметричных соплах" //Издание В Д. АН СССР, 1969.

31. Крайко А.Н., Стернин Л.Е. " К теории течений двухскоростной сплошной среды с твёрдыми или жидкими частицами." //ПММ т.29, 1965, вып. 3, стр.418.

32. Агрест Э.М., Крайко А.Н. Двухслойная квазиодномерная модель для расчёта течения смеси газа с инородными частицами в соплах.// Изв. АН СССР, Механика жидкости и газа, 1969, №3, С. 64-70.

33. В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрегалин, А.П. Тишин. Теория ракетных двигателей. //М.: Машиностроение, 1969, 547с.

34. Башкатов В.А., Цветкова А.А. Некоторые особенности расчёта неравновесного двухфазного сопла. // Изв. Сиб. Отд. АН СССР №6, сер. Техн. Наук, вып.2, 1965.140

35. Лепешинский И.А., Барановский С.И., Тихонов Б.А, Эпштейн В.И. Исследование структуры двухфазного потока в плоском сопле. Сб. Вопросы газотермодинамики энергоустановок.// X, вып. 1, 1974, С. 48-54.

36. Дритов Г.В., Тишин А.П., Расчёт неравновесного течения газа с частицами конденсата в сопле Лаваля.// Изв. АН СССР, МЖГ, №5 1969, С. 36-42.

37. Деревич И.В. Турбулентный массоперенос при течении газокапельного потока в трубах с учётом коагуляции и осаждения капель.//ТВТ, 1997, том 35, №6, С. 926-931.

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

39. Ринкевичус Б.С., Салтанов Г.А. Оптические методы исследования двухфазных потоков./ Сб. Парожидкостные потоки.// Минск 1977, С. 176-191.

40. 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.

41. Васильев Ю.В., Гальбек А.А., Китанин Э.Л. Применение трубчатых зондов при исследовании гидродинамики газожидкостных потоков. Сб. Газотермодинамика многофазных потоков в энергоустановках. Вып.1// Харьков 1978, С. 117-123.

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

43. Франкль Ф.И. Уравнения энергии для движения жидкостей со взвешенными наносами // Докл. АН СССР. 1955. - 102, № 5. - С. 903 - 906.

44. Melville W.K., Bray K.N. A model of the two-phase turbulent jet // Int.J.Heat Mass Transfer. 1979. - 22, N 5 - P. 647 - 656.

45. Абрамович Г.Н. О влиянии примеси твердых частиц или капель на структуру турбулентной газовой струи // Докл. АН СССР. 1970. - 190, № 5 - С. 1052-1055.

46. Elghobashi S.E., Abou-Arab T.W. A two-equation turbulence model for two-phase flows // Phys. Fluids. 1983. - 26, N 4. - P. 931 - 938.

47. Elghobashi S., Abou-Arab Т., Rizk M., Mostafa A. Prediction of the particle-laden jet with a two-equation turbulence model // Int.J.Multuphase Flow. 1984. - 10, N 6. - P. 697-710.

48. Mostafa A.A., Elghobashi S.E. A two-equation turbulence model for jet flows laden with vaporizing droplets // Int. J. Mutiphase Flow. 1985. -11,N 4.- P.515- 533.

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

50. Абрамович Т.Н., Гиршович T.A. Турбулентные струи, несущие твердые или капельно-жидкие примеси // Парожидкостные потоки. // Минск: ИТМО АН СССР, 1977.- С.155 175.

51. Турбулентность. Принципы и применения / Под ред. У.Фроста, Т.Моулдена. // М.: Мир, 1984. 536 с.

52. Методы расчета турбулениных течений / Под ред. А.Д.Хонькина. // М.: Мир, 1984. 464 с.

53. 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.

54. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А. Математическая модель двухфазной турбулентной струи // Изв. АН СССР. Сер. МЖГ. 1981. - № 6. - С. 69-77.

55. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Советов В.А., Чабанов В.А. Модель турбулентного взаимодействия фаз многофазной многокомпонентной неизотермической неравновесной струи // Струйные течения в элементах авиационных двигателей. М.: МАИ, 1985. - С. 35 - 37.142

56. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Советов В.А., Чабанов В.А. Расчет пульсационных параметров фаз многофазной многокомпонентной неизотермической неравновесной струи // ИФЖ. 1985. - XLIX, № 3. - С. 503 - 504.

57. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Чабанов В.А. Неизотермическая двухфазная турбулентная струя // Проблемы турбулентных течений. М.: ЦИАМ, 1991. - Тр. № 1287.-С. 131 - 144.

58. Lepeshinsky I.A., Zuev Yu. V., Chabanov V.A. A mathematical model of the multiphase nonisothermal turbulent jet // Proceedings of 1st China-USSR seminar on aero engines. Nanjing: NAI, 1991. - P. 150 - 151.

59. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А. Двухфазная многокомпонентная турбулентная струя с фазовыми переходами // Изв. РАН. Сер. МЖГ. 1995. - № 5. - С. 120 - 138.

60. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А. Некоторые результаты расчета двухфазной турбулентной струи // Турбулентные двухфазные течения. Ч. I. Таллин: АН ЭССР, 1982.-С. 27-40.

61. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А. Влияние начального скольжения фаз в осредненном течении на распространение двухфазной турбулентной струи // Турбулентные двухфазные течения. Ч. I. Таллин: АН ЭССР, 1982. - С. 41 - 48.

62. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А. Некоторые результаты численного исследования двухфазной турбулентной струи // Струйные течения жидкостей и газов. Ч. II. -Новополоцк: НПИ, 1982. С. 125 - 130.

63. Зуев Ю.В., Лаатс М.К., Лепешинский И.А. О механизме немонотонного изменения концентрации дискретной фазы вдоль оси двухфазной струи // Изв. АН СССР. Сер. МЖГ. 1985. - № 4. - С. 183 - 185.

64. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Ципенко A.B. Применение модели Прандтля при расчете двухфазной турбулентной струи // Решение прикладных задач летной эксплуатации воздушных судов методами математического моделирования. М.: МГТУ ГА, 1993. -С. 88 -94.

65. Лаатс М.К., Фришман Ф.А. О допущениях, применяемых при расчете двухфазной струи // Изв. АН СССР. Сер. МЖГ. 1970. - № 2. - С. 186 -191.144

66. Лаатс М.К., Фришман Ф.А. Процессы турбулентного переноса в двухфазной струе // Процессы переноса в турбулентных течениях со сдвигом. Таллин: АН ЭССР, 1973.-С. 104- 196.

67. Лаатс М.К., Фришман Ф.А. Разработка методики и исследование интенсивности турбулентности на оси двухфазной струи // Изв. АН СССР. Сер. МЖГ. 1973. № 2. -С. 153 - 157.

68. Навознов О.И., Павельев A.A., Мульги A.C., Лаатс М.К. Влияние начального скольжения на рассеивание примеси в двухфазной струе // Турбулентные двухфазные течения. Таллин: АН ЭССР, 1979. - С. 149 - 157.

69. Лаатс М.К., Фрищман Ф.А. Движение и рассивание мелкого дисперсного материала на начальном участке двухфазной струи // Турбулентные двухфазные течения. Таллин: АН ЭССР, 1979. - С. 158 - 165.

70. Розенштейн А.З. Измерение пульсационных параметров газовой фазы дисперсных потоков типа "газ твердые частицы" лазерным доплеровским анемометром // Турбулентные двухфазные течения. - Таллин: АН ЭССР, 1979. - С. 189- 195.

71. Розенштейн А.З., Фришман Ф.А., Щеглов И.Н. Экспериментальное исследование двухфазной турбулентной струи // Турбулентные течения и техника эксперимента. -Таллин: АН ЭССР, 1989. С. 175 - 178.

72. Гиршович Т.А., Картушинский А.И., Лаатс М.К., Леонов В.А., Мульги A.C.

73. Экспериментальное исследование турбулентной струи, несущей тяжелые примеси // Изв. АН СССР. Сер. МЖГ. 1981. - № 5. - С. 26 - 31.145

74. Гавин Л.Б., Мульги А.С., Шор В.В. Численное и экспериментальное исследование неизотермической турбулентной струи с тяжелой примесью // ИФЖ, 1986. № 5. - С. 736 - 742.

75. Hetsroni G., Sokolov М. Distribution of mass, velocity and intensity of turbulence in a two-phase turbulent jet // Trans. ASME J. Mech. 1971. - 38, N 2. - P. 315 -327.

76. Iuu S., Iasukoushi N., Hirosawa I., Particle turbulent diffusion in a dust laden round jet // AI Ch. E. Jour. 1978. - 24, N 3. - P. 509 - 518.

77. Goldschmidt V.W., Householder M.K., Ahmadi G., Chuang S.C. Turbulent diffusion of small particles suspended in turbulent jets // Progress in heat and mass transfer. 1972. -6.-P. 487 - 508.

78. Shuen J.S., Solomon A.S., Zhang Q.F., Faeth G.M. Structure of partifcle-laden jet: measurements and predictions // AIAA J. 1985. - 23, N 3. - P. 396 - 404.

79. Tsuji Y., Morikawa Y., Tanaka Т., Kazimine Т., Nishida S.Measurements of an axisymmetric jet laden with coarse particles // Int. J. Multiphase Flow. 1988. - 14. - P.565- 574.

80. Longmire E.K., Eaton J.K. Structure of a particle-laden round jet // J. Fluid Mechanics- 1992.-236.-P. 217-257.

81. Fleckhaus D., Hishida K., Maeda M. Effect of laden solid particles on the turbulent flow structure of a round free jet // Exp. Fluids. 1987. - 5, N 5. - P. 323 - 333.

82. Modarress D., Tan H., Elghobashi S. Two-Component LDA Measurement in a Two-Phase Turbulent Jet // AIAA J. 1984. - 22, N 5. - P. 624 - 630.

83. Shearer A.J., Tamura H., Faeth G.M. Evaluation of a Locally Homogeneous Flow Model of Spray Evaporation // J.Energy. 1979. - N 3. - P. 271 - 278.

84. Solomon A.S., Shuen J.S., Zhang Q.F., Faeth G.M. A theoretical and experimental study of turbulent evaporation sprays //NASA CR 174760, 1984.

85. Wu K.-J., Santavicca D.A., Bracco F.V., Coghe A. LDA measurements of drop velocity in diesel-type sprays // AIAA J. 1984. - N 22. - P. 1263 -1270.

86. Yule A.J., Seng C.Ah., Felton P.G., Ungut A., Chigier N.A. A Study of Vaporizing Fuel Sprays by Laser Techniques // Combustion and Flame. 1982.1. N44.-P. 71 84.146

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

88. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А. Результаты экспериментального исследования двухфазной турбулентной струи и сравнение их с данными теоретических расчетов // Молекулярная газодинамика и механика неоднородных сред. М.: Наука, 1990. -С. 142 - 146.

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

90. Исавин Н.В., Навценя Н.В., Ульянов Н.И. Некоторые результаты экспериментальных исследованого исследования порошковых струй// Пожарная техника и тушение пожаров: Сб. науч. тр. М.: ВНИИПО МВД СССР, 1979. Вып. 18. - С.87-94.

91. Раушенбах Б.В., Белый С.А., Беспалов И.В., Бородочёв В.Я., Волынский М.С., Прудников А.Г. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания ВРД./М.:Маш. 1964, 526с.147

92. 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).

93. 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.

94. 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.

95. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л.: Машиностроение, 1989.-701 с.

96. Зуев Ю.В. Лазерно-оптический прибор для измерения дисперсности и концентрации аэрозолей / Информационный листок МосгорЦНТИ № 312-88. 1988.

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

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

99. Бересневич П.В., Михайлов В.А., Филатов С.С. Аэрология карьеров: справочник. // М.: Недра. 1990. 280 с.148

100. Агроскин И.И., Дмитриев Г.Т., Пикапов Ф.И. Гидравлика.// Л.:Энергия. 1964.-352с.

101. Zuev Yu. V., Lepeshinsky I.A., Tsipenko A.V., Voronetsky A.V. Simulation of two-phase Jet Flows. Different Approaches // Absracts of International Aerosol Symposium IAS 3. - Moscow: Aerosol Technology Ltd , 1996. - 2, N 1. - C. 20 - 21.

102. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Ципенко A.B., Воронецкий А.В. Моделирование двухфазных струйных течений. Сравнение моделей // Аэрозоли: наука, вычислительные программы в России и странах СНГ. М.: Aerosol Technology Ltd , 1996.-№ 11.-С. 28 -36.

103. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Ципенко А.В., Воронецкий А.В. Моделирование двухфазных струйных течений. Различные подходы// Аэрозоли: наука, вычислительные программы в России и странах СНГ. М.: Aerosol Technology Ltd , 1996.-№ 12.-С. 23

104. Воронецкий А.В., Лепешинский И.А., Зуев Ю.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.

105. 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.

106. Научно-исследовательский институт низких температур

107. Россия, 125871, Москва, ГСП, Волоколамское ш., д.4, МАИ Тел. (095)158-45-43, 158-92-06, 158-49-45 Факс (095) 158-45-43, 158-29-77

108. E-mail: niint @ relay.mai.ru

109. Газодинамическая технология пожаротушения

110. НИИ НТ получены патенты как на принцип создания газокапельных струй, так и на конкретные лгановки пожаротушения: от портативных до установок большой мощности.

111. Ранцевая установка пожаротушения "ИГЛА-1-0,4"

112. Сертификат соответствия № РОСС 1ЗД.ББ02.Н00444 Сертификат пожарной безопасности № ССПБ. Р11.УП001 .Н00092 Золотая медаль на 48-м Всемирном салоне "БРЮССЕЛЬ-ЭВРИКА '99"

113. Технические характеристики Тушащая жидкость. водавода с пенообразующим составо! Количество тушащей жидкости свыше 10 л1. Дальность до 10 м

114. Дисперсность капель воды около 100 мкм

115. Скорость струи в области очага пожара не менее 20 м/с Интенсивность подачи жидкости 0,4 л/сек

116. Масса в заправленном состоянии- без дыхательной системы до 20 кг- с дыхательной системой до 23 кг Габариты 600 х 450 х 300 мм Время перезарядки для использования 40-60 с Время работы дыхательной системы с баллоном 2 л с баллоном 4 л

117. Допустимое напряжение при тушении электроустановок под нагрузкой с расстояния не менее 1 метрадо 20 мин до 40 миндо 36 000 В