Рассмотрены вопросы численного моделирования гидродинамики и тепломассопереноса в двухфазных газокапельных потоках при обтекании плоской пластины, течения в трубе, в пристенной и затопленной струях. Для всех рассматриваемых случаев проведены детальные численные расчеты и определен вклад испарительных процессов в интенсификацию теплообмена. Дается сопоставительный анализ с известными в литературе опытными и расчетными данными по тепломассообмену в газокапельных потоках. Эти данные также могут быть использованы для анализа интенсификации тепломассопереноса в теплообменных аппаратах различного назначения, работающие как в ламинарном, так и турбулентном режимах течения.
Разработанные модели и полученные результаты будут весьма полезны в инженерных приложениях при разработке новых методов регулирования теплообмена и сопротивления в проточных трактах энергетических установок.
Адресована научным работникам, занимающимся исследованиями газодинамики и тепломассопереноса в многофазных потоках, а также преподавателям, аспирантам и студентам высших учебных заведений.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ............................................................................................................................................... 7
Библиографический список к введению ...................................................................................... 9
Глава 1. Краткие сведения о двухфазных ламинарных и турбулентных потоках .............. 11
1.1. Примеры двухфазных течений ............................................................................................. 11
1.2. Основные параметры двухфазных потоков ........................................................................ 13
1.3. Классификация двухфазных течений .................................................................................. 17
1.4. Методы математического моделирования двухфазных течений ...................................... 18
1.5. Лагранжев подход при моделировании движения и теплообмена частицы .................... 19
1.6. Эйлеров (двухжидкостный) подход для описания движения и теплопереноса
частицы ................................................................................................................................... 36
1.7. Тепломассообмен частицы с окружающим потоком газа ................................................. 39
1.8. Методы прямого численного моделирования для двухфазных
течений ................................................................................................................................... 44
Библиографический список к главе 1 ......................................................................................... 45
Глава 2. Моделирование тепломассопереноса и гидродинамики в ламинарных
газокапельных течениях ................................................................................................. 51
2.1. Особенности тепломассообмена в ламинарных двухфазных потоках при наличии
испарения капель ................................................................................................................... 51
2.2. Физическая модель задачи .................................................................................................... 55
2.3. Основные уравнения ............................................................................................................. 57
2.4. Вычислительные процедуры ................................................................................................ 60
2.5. Тестирование расчетной модели .......................................................................................... 61
2.6. Численное исследование тепломассообмена при ламинарном течении
газокапельной системы в трубе ............................................................................................ 63
2.7. Сопоставление с экспериментальными данными ............................................................... 69
2.8. Численное исследование теплообмена при ламинарном обтекании
газопарокапельным потоком плоской изотермической пластины .................................... 71
Библиографический список к главе 2 ......................................................................................... 85
Глава 3. Тепломассообмен и гидродинамика при течении турбулентного
газокапельного потока в трубе ...................................................................................... 87
3.1. Основные параметры, влияющие на тепломассоперенос в двухфазных потоках
с фазовыми переходами ........................................................................................................ 87
3.2. Исследование динамики дисперсной фазы ......................................................................... 90
3.3. Физическая модель ................................................................................................................ 92
3.4. Основные уравнения математической модели для газовой фазы ..................................... 93
3.5. Модели турбулентности ....................................................................................................... 95
3.6. Система уравнений переноса дисперсной фазы ................................................................. 99
3.7. Граничные и входные условия ........................................................................................... 101
3.8. Вычислительные процедуры .............................................................................................. 103
3.9. Тестирование численной модели для турбулентных одно- и двухфазных течений ..... 108
3.10. Численное моделирование теплообмена в турбулентном газокапельном потоке
в трубе и анализ результатов расчетов ............................................................................ 118
3.11. Сопоставление с экспериментальными данными для газокапельного
турбулентного потока ....................................................................................................... 136
Библиографический список к главе 3 ....................................................................................... 138
Глава 4. Исследование турбулентных газокапельных пристенных струй ......................... 143
4.1. Эффективность одно- и двухфазных пристенных струй ................................................. 143
4.2. Исследование газокапельной пристенной завесы над адиабатической
поверхностью стенки трубы ............................................................................................... 147
4.3. Численное моделирование двухфазной завесы при наличии теплообмена
со стенкой трубы ................................................................................................................. 166
Библиографический список к главе 4 ....................................................................................... 182
Глава 5. Численное моделирование газокапельных струй .................................................... 185
5.1. Введение ............................................................................................................................... 185
5.2. Современное состояние исследований двухфазных струй .............................................. 186
5.3. Постановка задачи и основные уравнения газовой фазы ................................................ 191
5.4. Метод численной реализации и тестирование модели .................................................... 196
5.5. Сопоставление с экспериментальными данными для однофазной струи ...................... 201
5.6. Результаты численных расчетов газодисперсной турбулентной струи
и их обсуждение ................................................................................................................... 203
5.7. Сопоставительный анализ с данными для газодисперсной струи .................................. 209
5.8. Газокапельная струя при наличии фазовых переходов .................................................... 220
5.9. Сопоставительный анализ для газокапельной струи ....................................................... 235
Библиографический список к главе 5 ....................................................................................... 242