Введение к работе
Актуальность темы.Двухфазные течения широко распространены б практике аэрокосмических исследований, экологического мониторинг:), металлургам и других отраслей науки и промышленности. Их физико-математическое моделирование многообразнее и сложнее, чем модели "чистого" газа, т. к. при построении газотермодинамкхи неоднофазных смесей необходимо учитывать многочисленные релаксационные процессы межфазного обмена массой, импульсом и энергией. К настоящему времени опубликовано большое число работ, в которых исследованы скоросліая и термическая неравновесность частиц и несущего газа, спонтанная конденсация последнего, испарение, отвердевание, конденсационный рост частиц и другие процессы.
Существенно меньшее внимание уделялось такому процессу, как межфазный обмен моментом импульса, который неизбежен, если частицы приобрели угловые скорости, например, в результате столкновений (как правило, нецентральных) в окрестности критического сечения сопла, за ударной волной или после отражения от обтекаемых тел. Между тем, энергия поступательного движения сталкивающихся частиц, очевидно, уменьшается, если они приобретают угловые скорости; между столкновениями же происходит торможение вращательного движения частиц из-за трения о газ. Таким образом, этот процесс является дополнительным каналом, по которому в итоге происходит сток энергии, поступательного движения струи в тепловой поток. Г; ряде случаев, кроме эффектов, связанных с вращением частиц, необходимо рассматривать нестационарные режимы течения двухфазных смесей , которые реализуются, например, при разгерметизации объемов с жидкостями, работе распиливающих устройств, натекании струй на преграды, при работе многочисленных управляющих двигателей высотных летательных аппаратов. Образующиеся при этом парокзпельные струи участвуют в создании собственной атмосферы летательного аппарата и, таким образом, приводят к возникновению проблем, связанных с этой атмосферой.
Цель исследований. Разработка моделей механики,
тепломассообмена и оптики отдельной вращащейся эллипсоидальной частицы при обтекании е свободномолекулярнш потоком и реализация этих моделей для исследования излучения и механики смеси с учетом особенности круга проблем, включающих произвольную норасче'ткость,
нестационарность и сильный разворот струй. Научная новизна.
Предложена зависимость эксцентриситета эллипсоидальной вращающейся капли от угловой скорости. Определены плотность потоков и потоки физических величин к эллипсоиду вращения при свободномолекулярном обтекании.
Предложена более совершенная методика определения оптических параметров эллипсоида вращения.
На основе использования естественных координат разработан новый численный метод, позволяющий иссследовать-vполидисперсных струй произвольной нерасчетности с большим углом разворота потока.
Впервые получены параметры нестационарного течения смеси в большой области пространства (порядка тысяч калибров от сопла).
ойюванность и достоверность результатов диссертационной работы подтверждаются тестовыми расчетами на йіе различных экспериментальных и численных данных других авторов, а также на задачах, имеющих точное решение.
Практическая ценность. Материалы диссертации могут быть использованы при исследовании газотермодинамических и оптических параметров струй управляющих двигателей космических и воздушно-космических летательных аппаратов, при проектировании и оптимизации устройств химической промышленности с высокоскоростными потоками, интенсификации металлургических процессов с применением струй с легирующими присадками.
Защищаемые положения. I) Модели механики, тепломассообмена и оптики отдельной вращающейся эллипсоидальной частицы при обтекании еб свободномолекулярпым потоком. 2) Метод расчёта сверхзвуковых полидисперсных струй, основанный на методе естественных координат. 3) Результаты численных исследований динамики и лучистого знергопереноса в полидисперсной смеси в сопле Лаваля и струе. 4) Метод расчета нестационарной парокапельной струи. 5) Результаты численных исследований нестационарной парокапельной струи на больших расстояниях.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы' докладывались на Всесоюзных конференциях по многофазным течениям' (Днепропетровск-198?, Калининград-1989, Ленинград-1990); VI-международной Школе-семинаре (Самарканд-1992).
Публикации. Содержание диссертации отражено в 8 публикациях.
Стуктура и объём диссертации. Диссертация состоит из
введения, четырех глав, заключения, списка литератур из 45" наименований. Общий объём диссертации -^^,