Введение к работе
Актуальность пробяеш. Раэштио современной техники в зиата-тедьной степени завися? от развития фундамэнтйяьккх наук. С пояз-денкеы все новых и новых технических проблем аозшшавт и научннэ проблеет, одни из которых могут быть решены а рамках yse алогяв-0МХСЯ научных представлений, другие же могут быть разрешены путем развития фундаментальных наук. Так, например, научно-тсхня-qecKKO проблемы, связанные тем или иным образом с исследованием двнягняя спловннх сред, требую? дальнейшего* развития а такой дрзвнэй науки, как гидромеханика. И, если ранео технические задачі э этой"области ренались на сскавэ гидромеханика или газодаїа-jsikh (одноао!сіон?.ч'ПоЯ иесаниаеиой или егдалаегшй вдаоети), та сэйпас необходима решать гедата двісхєніш кногокскіонентншс ер-зд, коториз деязнкм образом могут быть разреяека увэ а рамках нового раздела механики - гидромеханики иногофазиП гздкоети. В настоящее время з связи с интенсификацией рабочік процессов п удеди-чгннбн охорЪста движения различных машин и механизмов круг научно-технических проблей, связанных с іїсследовашен течений етогофазных яидяоетейй, быстро распиряется. К наиболее еаянш областям технического прняоязния гидромеханики многофазной жвдкости мояно отнести:
- движение сходных рабочих тел в различию: малинах si квха-нязиах, включая атомную 'энергетику, реактнвнуя я ракетну» технику 5
й Под многофазной лядлостьп ншяі понимается е*есь аадхоета идя газа п любого конечного чке.^а компонентов, зоторгз г-гогуг няходи??— гя в любом фазовом состоянии : ъзердоы, гадком, гааооОрсзнем.
- A -
шевгнее обтекание тел, шивочая обледененмо сгшоязтов и облезание газом и частицами поверхности космических аппаратов ;
трубопроводный транспорт (гидротранспорт), движение сыпучих сред в погрузочно-разгрузочных агрегатах ;
внешние и внутренние кавитацкоиныз течения ;
движение смесей Рідкостей, газов н частиц в различных тех-нояоршієских' системах, включая барботаз ;
течение жидкостей и г&зо-ющкостных смесей, например, газированной нефти в пористых средах ;
рад вопросов метеорология, особенно в области направленного воздействия, на процессы выпадания осадков і
декземис органических шэдкостей с ї.:2хсніізіііх , приборах н s сосудах яивых еущэств.
Естественно, что столь разностороннее техническое прнлоке-ниэ гыдроиах&нккм многофазной еидкости, внзванноэ стрегательнь&і разсйтием техники, требует выполнения исследовательских работ одновременно по Бсеіі направленшш. II в зависимости от технических приложений и специфики вознквавдих вопросов разрабатывается различниз аспекти обцоЙ проблемы а соответственно создаатся раз-гачлаз азтоды ризскня выдвигаемых практикой задач. Вследствие з?сг*о, несмотря иа сравнительно большое количество исследований по іачомаа различного рода сиесей, а настоящее вреыя еще нет об-цй їезряз а болілзінсїВФ работ носит отпечаток узкотехшгческой шшравдшаости. а теорлэ движения иногоко^поменткых сред чаще sccpo рйссиатрявеэ* как некоторой спецяфичгсгоз допохиеико тех вп tacne pas "влов .обычной гкдродннгизші шш гозеданишеи. По-суцоетзу а обдаси гвдродкнаикка многофазной кццкоста заканчи-Кіі-їєл пзрзод нааоплскЕЯ отдельных фактов и начинается период на егсїс^атаязда а обоб^еная, о чеа свидетельствует гыход кз" печа-
га ряда нокогряфий как у нас в стране, так и за рубеаси. Очередной этап развития гэдроданамнки шорофазной яадкости - получение еиа-яптачзехшс, полугшшрнческнх н затем численных ptaeinfl рзда нлассої задач, Енадогкчно тону, как это было сделено в классической гидро-игхеинза. Нал.таз вычислительной техники, оущеетвекно paeaapsarjaa Еоэксетости реализации решений слогнкх фазико-иатематичзсют задач, естественно, но исключает поэтапного развитая науки, но ио-пз? едалать более легкий решение постоянно возиикехщкх научных проблем. Данная работа н посвячена ргзенгаз некоторых нэ актуальных проблем а области теоретической н прикладной гидродинамики
ІЯОГСфйЕНОЙ ЕИДКОСТИ.
Цель работы и предмет исследований.
Цальо настоящей работы является обобщение метода кдасспчве-еой шадроднненайи на случай двизвния ^ногокоілпонеитких йплоашх ерзд, а именно:
Енявлеине общих закономерностей течения ізгогоф&зной падкости, характерных для пирокого круга задач. В данис . случае рас-сштряведэдя течения механических сносей }
д:олучениэ первых интегралов уравнений движения и построение kr $х основе точных и приближенных аналитических резенай задач по речедцр двухфазной вндкоста j
:раэ.рйботка теоретических основ гидравлакн іиогофазной. sa-дкостз {
получение численного реаеккя задач по течения дзухфазнс**
'"Гг.ч'|;.-7!'';'
кщкеетя е учетом теплоаассообиена я динамического взаяыедейст-сет компонентов смеси ;
Л їапзе практическое прдоєненно полученных результатов тсо-ротичоенгс: исследований для.решения ряда прикладных задач э об -лаяти атомной знергатнкиді приборостроения.
_ б -
Научная новизна. Новым научным результатом в работе являет-о
ся решение ряда вопросов теоретической и прикладной гидродинамики многофазной жидкости, в результате чего:
получены первые интегралы уравнений движения типа интег -ралов Бернулли, Громеко, Коши-Лагранжа, Эйлера;
получены безразмерные параметры и критерии подобия (числа Эйлера, Рейнольдса, Струхаля, Фрудп, Вебера и т.п.) ;
определены скорости распространения поверхности слабых разрывов и получены соотношения на прямом скачке (уравнения Рэн-ккна-Гвгоньо) ;
-' получены аналитические радения задач истечения из сопла двухфазной жидкости без и при наличии фазовых превращений, дозвукового и .сверхзвукового неизоэнтропического истечения кипящей жидкости ;
на основе проинтегрированного уравнения движения получены полуэмпирические зависимости для определения потерь на трение в трубах, а также при резком и постепенном расширении двухфазного потока (формула Борда-Карно) ;
в результате применения численных методов получены в одномерном приближении решения класса стащонарных прямых и обратных задач по внутреннему течении двухфазной жидкости при переменной структуре потока и наличии фазовых превращений с учетом динамического взаимодействия компонентов смеси;
~ на основе использования модели,многофазной жидкости и метода кондуктометрии разработан и создан прибор по измерению объемных концентраций в двухфазном потоке ;
- в результате применения полученных в работе аналитических
в численных решений задач гидродинамики многофазной жидкости ре-
иены задачи по движение двухфазного теплоносителя ь одьоконтур -
к*х к .гвухкентл-рньк ядернїа кя.ікцііх рс акт с pax її в с;'.сі'.і:с.х их
аварийной защиты с учетом теплоыассопереноса, гидравлических потерь и переменности структуры потока.
Практическая ценность исследований»
Практическое значение дайной работы состоит в том, что в результате выполнения, главным образом, хоздоговорных работ на основе результатов теоретических исследований решены важные научно-технические задачи в области атомной энергетики и приборостроения. В частности, решен комплекс вадач по расчету параметров движения двухфазного теплоносителя в циркуляционном контуре кипящих реакторов, а такае при разрыве пергого контура реактора с целью локализации выброса теплоносителя. Расчеты и анализ различных вариантов реакторов, схем их защиты при разгерметизации первого контура позволили дать практические рекомендации по выбору оптимальных парацетров, что приводит к более рациональным конструкциям я уменьшения капитальных затрат на строительство АЭС. Применение выполненных в данной работе научных исследований для решения задач в области атомной энергетики дало значительный экономический эффект.
Результаты комплексных исследований, включающих теоретические решения задач, иняенерно-конструкторские разработки н расчеты", с цельк) создания приборов и тарировочных устройств для измерения объемных концентраций компонентов смеси по методу ва-мера действующих на насадок сил, по методу измерения удельного веса смеси й по методу кондуктометрія в 1974 г. были переданы на хоздоговорной основе и внедрены во ВНИИ аналитического прк -боростроения Министерства приборостроения и средств автоматизации СССР. А образец прибора по измерении методом кондуктометрам объемных концентраций компонентов двухфазного потока в 197Q-I97I годах "ак экспонат Института гидромеханики АН УСЙР (авторы А.Ф.
- в -
А.Ф. Бабицкий, A.M. Кравченко) экспонировался в павильоне "Нау-кана ВДНХ УССР.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, содержание которых изложено на 240 страницах машинописного текста, иллюстрировано 61-м рисунком и одной таблицей. Библиография - 233 наименований.