Введение к работе
Актуальность темы. В различных газотехнических агрегатах часто возникают сильные нелинейные колебания. Обычно
возникновение таких колебаний нежелательно, поскольку колебания нарушают расчетный режим агрегата и даже могут привести к выходу его из строя. Так, одной из важных задач в ком-прессороетроении является борьба с колебаниями межступенчатых коммуникаций аппаратов. Причиной являются возмущающие силы, вызванные большой амплитудой колебаний давления газа в коммуникациях. Колебания газа, воздействуя на компрессор, могут изменить его производительность и вызвать перерасход энергии; Нелинейные колебания легко возникают в ЖРД. Колебания увеличивают местные коэффициенты теплоотдачи, механические и тепловые напряжения, что может приводить к разрушению конструкций. Подобные явления могут возникать также в газотурбинных установках, мощных парогенераторах, в тепловых контурах АЭС и т.д. С другой стороны, нелинейные колебания могут существенно интенсифицировать горение, повышать тепло-напряженность топочных камер, улучшать тепло- и массообмен, снижать гидравлическое сопротивление. В настоящее время генераторы нелинейных колебаний нашли широкое применение для очистки поверхностей нагрева котлоагрегатов, используются для нанесения покрытий, в устройствах очистки газопылевых выбросов предприятий и т.п.
Теория нелинейных колебаний большой интенсивности и процессов, происходящих под воздействием таких колебаний, в настояшее время развита недостаточно. Поэтому актуальным является как теоретическое, так и экспериментальное исследование нелинейных колебаний, возникающих в различных простых моделях более-сложных устройств, а также процессов тепло- и массообмена при воздействии колебаний.
: Целью.работы является исследование нелинейных колеба
ний газа в полуоткрытой трубе, возбуждаемых колеблющимся
поршнем," пульсирующей струи, возникающей на открытом конце
трубы при колебаниях, и теплообмена тел различной геометрии
и этой струе* . - ~ '
' Научная новизна. В диссертационной работе впервые: - построено нелинейное граничное условие на открытом конце
тг-.'L'-i, >. "ozov.-scice эмпирических параметров и описывающее потери энергии., вводимой колеблющимся поршнем, за счет генерации пульсирующей струи на открытом конце трубы. Струйные потери с открытого конца трубы ограничивают, в основном, амплитуду колебаний газа в трубе.
с помощью предложенного нелинейного граничного условия решены задачи о: I) субгармонических.резонансных колебаниях в полуоткрытой трубе; 2) резонансных колебаниях в трубе, содержащей дополнительный генератор нелинейности - конусный переходник; 3) вторичных стационарных течениях в полуоткрытой трубе с адиабатическими стенками. В случаях I) и 2) проведено сравнение с экспериментальными данными, имеющимися в литературе и показано, что теоретические результаты согласуются с экспериментом.
метолом интегральных соотношений дано аналитическое решение задачи о пульсирующей струе, истекаюаей из открытого конце трубы при возбуждении в последней резонансных колебаний;
на основании гипотезы квазистационарности рассчитаны коэффициенты теплоотдачи шара, цилиндра и диска в ядре пульсирующей струи;
экспериментально исследованы течение и теплообмен в пульсирующей струе, проведено сравнение полученных данных с предложенной теорией.
Практическая ценность полученных результатов состоит в разработке такой методики расчета, которая, связывая гидродинамические параметры течения и коэффициенты теплоотдачи тел с конструктивными параметрами установки, является пригодной для инженерных расчетов конкретных устройств.
Автор защищает: методику расчета распределений скорости и давления в трубе при точном резонансе, вывод формул, устанавливающих связь постоянной составляющей скорости в нели-/. нейном граничном условии с геометрией открытого конца трубы, решения задач о субгармонических резонансах,,.стационарных вторичных течениях, пульсирующей струе; расчет коэффициентов теплоотдачи тел в пульсирующей струе, результаты экспериментального исслепования течения и теплообмена тел в струе.
апробация работи. Результаты диссертационной работы до-, кладызались на Всесоюзно^ конференции молодых ученых "Акту-
альные вопросы г.'еплсф;іь.1:-;і-: ,; -физи^ескс.! ;мдрсгзь'..>дп;:,^..мки'' (Новосибирск, 1965 г.). Всесоюзном соиеаанпп л МііТУ им. іі. Баумана (Москва, [98? r.)v Международной іЬоруме но ге'.іло- іі массообкену (Минск, 1968 г.), семинаре отдела теории оболочек Казанского физико-технического института IvI'AH СССР (Казань, 1990 г.), научных семинарах кафедры молекулярной физики и итоговых научных конференциях Казанского госуннвер-ситета (1981 - 1990 г.г.).
Публикации. Основное содержание шботы отражено л В публикациях.
Структура и объем .-работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и трех приложений. Работа содержит 96 страниц машинописного текста, 31 рисунок, список литературы из 129 наименований, всего 128 страниц.