Моделирование нелинейных процессов тепломассопереноса в системах пористого охлаждения Портнов, Владимир Васильевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. Развитие энергетики приводит к появлению энергетических установок и аппаратов, работающих в условиях подвода к силовым конструкциям значительных тепловых потоков. Одним из перспективных способов активной теплозащиты является пористое охлаждение. В настоящее время исследование процессов тешюмассопереноса в пористых структурах остается одной из актуальных научно-технических задач.

Данная работа выполнялась в соответствии с комплексным планом научно-исследовательских работ Воронежского государственного технического университета ( Гос. per. № 01890014250 ) и в сооветс-твии с инновационной научно-технической программий < Приказ ГК РЕ по высшему образованию Л 386 от 22.06.92г.).

Целью настоящей работы является дальнейшее развитие теории тепломассообмена в пористых тешюобменных устройствах, определение резервов повышения эффективности их работы.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. Разработка математической модели процесса нелинейного
двумерного массопереноса в пористых структурах.

1. Математическое моделирование теплового состояния пористых тешюобменных элементов в условиях однофазного течения охладителя.

2. Экспериментальные исследования процессов гидродинамики и теплообмена в пористых структурах.

3. Разработка пористой системы охлаждения сопла сверхзвукового резака "Кондор".

Научная новизна

1. Приведено решение задачи двумерной фильтрации, основывав
шееся на теории аналитических функций.

4. Разработан метод решения дифференциального уравнения теплового состояния ПТЭ на основе аналитического и численного моделирований.

5. Обоснована и доказана высокая эффективность применения систем пористого охлаждения для тепловой защиты сопла резака "Кондор'*. Создан - опытно-промышленный образец сопла с пористыми вставками. ..-,.-.-'

На защиту выносятся:

Г. Методика расчета гидродинамической картины течения в пористой средо.

; 2. Метод определения температурного состояния пористой срз.ш

на основе аналитического и 'численного решений дифференциального уравнения, описывающего распределение температуры внутри пористого геплообменного элемента. Решение проведено при степенном законе фильтрации в условиях однофазного течения охладителя и граничных условиях третьего рода.

3. Результаты экспериментов, полученные с помощью тепловой модели пористого теплообмешого элемента и модели плоской изотермической фильтрации в пористых материалах.

4. Новая система охлаждение сопла резака "Кондор" с использованием гористых теплозащитных вставок.

Практическое значение к реализация результатов. Предложенные методы расчета процессов тепломассопереноса при пористом охлаждении и выполненные эксперименты дают возможность:

1. Моделировать состояние тэплонапряженных поверхностей в условиях как рабочих, так и критических нагрузок.

2. Прогнозировать механическое и * тепловое состояние „систем пористого охлаждения для более экономного и эффективного управления энергетическими устройствами.

3. Применить предложенную методику к широкому классу пористых материалов с различной геометрией.

На основе полученных расчетов и экспериментальных исследований выданы практические рекомендации АОЗТ "Нарвал" (г¹.Дмитров Московской области) для создания новой системы охлаждения сопла резака "Кондор" с использованием пористых тешюобмонных элементов.

Материалы диссертационной работы используются при чтении курсов "Тепломассообмен", "Промышленные тепломассообменные процессы и установки" на кафедре промышленной теплоэнергетики Воронежского государственного технического университета.

Апробация результатов исследований проводилась на Втором Осветско-Китайском симпозиуме по ракетно-космической технике (г.Самара, 1992 г.). Первой Российской Национальной конференции по голлооомену (г.Москва, 1994 г.),, , Третьем Российско-Китайско-Ухраїшском симпозиуме ' по ракетно-космической технике (г.Ксиань, КНР, 1994 г.), докладывалась и обсуждалась на региональном межвузовском семинаре' "Процессы теплообмена в энергомашиностроении" 'і.Воронеж, І99І-І995 гг.), Воронежском политехническом институте (Зороіюжском государственном техническом университете) (1991-1995 . і .), с Воронежском акционерном самолетостроительном обществе и'.Королеж, 1995 г'.), в АОЗТ "Нарвал" (г.Дмитров, Московской

- . '.СІЛ H-);I3-№F. гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, приложений. Объем диссертации: 145 страниц машинописного текста, включающих 8 фотографий, 32 рисунка, список литературы из 121 наименования.