Введение к работе
Актуальность проблемы. Разработка современных анергети-' ческих установок для ракетно-космических систем, квантовых генераторов большой мощности неразрывно связана с проектированием систем защиты теплонапряженных поверхностей. Повышенная энергонапряженность элементов конструкций в подобных аппаратах приводит к тому, что внешнее конвективное охлаждение совместно с покрытиями в ряде случаев оказывается недостаточным для выполнения теплозащитных функций. Использование для этой цели пористых материалов представляется более предпочтительным.
При этом расчет характеристик подобных систем охлаждения базируется на использовании данных о распределении температур и тепловых потоков в пористых средах. В имеющейся литературе по конвективному тепломассообмену в пористых средах подробно исследованы одномерные стационарные задачи, в то лее время лишь небольшое количество работ посвящено анализу нестационарных двухтемпературных моделей пористого охлаждения. В этой связи задача разработки численной методики для анализа двумерного двухтемпературного нестационарного тепло-массопереноса приобретает важное значение и является актуальной.
Исследования характера тепломассопереноса и способов его интенсификации позволят глубже изучить физику явлений, протекающих в теплообменных элементах, приблизить математические модели, их описывающие, к реальному течению процессов в
2 системах охлаждения, что позволит сформулировать практические рекомендации для промышленного использования полученных результатов.
Работа выполнялась в соответствии с комплексным планом НИР Воронежского государственного технического университета (Государственный регистрационный номер № 01890014250) и с инновационной научно-технической программой (Приказ ГК РФ по высшему образованию № 386 от 22.06.92 г. ).
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является дальнейшее развитие методов решения нестационарных задач тешюмассопереиоса в пористых телах на базе волнового приближения.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
-
Разработка приближенной аналитической методики расчета процесса распространения температурного скачка в двумерном пористом теле на основе волнового приближения.
-
Разработка методики численного моделирования нестационарного теплового состояния элементов систем пористого охлаждения.
-
Проведение вычислительных экспериментов и сопоставление полученных результатов с экспериментальными данными аналогичных исследований.
Научная новизна:
1. Приведено решение нестационарной двумерной задачи пористого охлансдения, базирующееся на методике волнового приближения.
-
Разработана методика расчета процесса распространения температурных волн в пористой среде на основе аналитического и численного моделирования.
-
Составлены алгоритм и программы для расчета температурных полей в пористых телах сложной конфигурации.
На защиту выносится:
-
Методика построения волнового приближения нестационарной задачи тепломассопереноса в пористых средах.
-
Методика численного моделирования нестационарного тепломассообмена в пористых, теплообмеиных элементах. Расчет проведен для двухтемпературной модели двумерного пористого тела при однофазном течении охладителя.
-
Результаты вычислительных экспериментов для тепловой модели пористого теплообменного элемента в нестационарных условиях.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
результаты работы могут быть использованы при создании пористых теплообменников и оценивать рациональность способов интенсификации теплообмена в каналах при подводе теплового потока от непроницаемой стенки, фильтрации охладителя через проницаемую "горячую" стенку и их комбинации;
разработанная методика расчета принята к использованию в практике Конструкторского бюро химавтоматики, г. Воронеж.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийской молодежной научной конференции "XXI Гагаринские чтения" (Москва, 1995), III Минском международном форуме по тепломассообмену (ММФ-96,
4 Минск, 1996), Региональном межвузовском семинаре ЦЧР по моделированию процессов тепло- и массообмена (Воронеж, 1994-1997).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5> печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и прилоисе-ний. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, включая 46 рисунков, 8 таблиц, 6 приложений и библиографию из 107 наименований.