Введение к работе
Актуальность проблемы. Газовые потоки, несущие дисперсные твердые частицы или капли, широко распространены в природе (дви-кение водяных капель в облаках и туманах, песчаные и пылевые бури, рассеяние- вредных примесе.: в атмосфере и др.), и используется практически во всех отраслях техники .(системы газоочистки и пневмотранспорта, проточные химические реакторы со взвєшєееееяі частицами, аппараты для термической и механической обработки.сыпучих материалов, распылительные сушилки и теплообменники, различные энергетические установки с двухфазным рабочим телом или с газодисперсными теплоносителями и т.д.). Для разработки новых ~ совершенствования существующих технологических устройств, связанных с течением газовзвеси,' необходимо' детальное математическое моделирование физико-химических процессов, протекающих з таких течениях. Теоретическому и экспериментальному изучению различных аспектов гидродинамики и теплообмена'газовзвесей посвящены работы многих исследователей. Вместе с тем ввиду исключительной сложности проблемы общая теория движения газовзвесей далека от своего завершения. Многие актуальные вопросы гидродинамики двухфазных течений изучены недостаточно. Так, турбулентные течения газовзвеси исследованы в основном в простейшем случае: при люнод::-сперсных твердых частицах без их взаимодействия и других физико-химических явлений. На практике часто турбулентное движение газовзвеси осложненокоагуляцией и дроблением частиц (капель), фазовыми переходами и химическими реакциями. В исследовании таких потоков сделаны только первые шаги. Важно подчеркнуть' неаддитивность указанных .явлений, их нельзя изучать раздельно из-за существенного-взаимного влияния. В связи с этим проблема построения моделей турбулентных течений полидисперсной газовзвеси с сильным взаимодействием частиц, фазовыми переходами и химическими реакциями является весьма актуальной.
Цель работы: ' .. ' v
создание основ теории потокой полидисперсной газовзвесз с взаимодействием капель и межфазным массообменом;
исследование с ее помощью 'газодисперсных течений в струях, пограничных слоях' и каналах при взаимном влиянии турбулентности, коагуляции и дробления частиц, фазовых переходов и химических реакций; .
разработка методов и-программ расчета на ЭВМ турбулентных
- с —
:r-.~izz гвзовзьесп применительно к устройствам современной тех-
Jlyr-r-g ксвизка. 3 диссертационной работе '. Газрг'станы осноеы теории движения полидисперсной газовзвеси є 'сильним взаимодействием частиц, фазовым.; переходами и химическими реакциями:
гслучана система уравнений турбулентных течений полидисперсной газовзвеси с коагуляцией и дроблением часттц, меіфаз-1^е>: массообменэм; .
пгедлоквна модель турбулентного переноса в сдвиговых течениях газовзвеси с сильным взаимодействием частиц и меіфаз-ным массообменом, включающая'уравнения для вторых моментов пульсаплокных скоростей обеих фаз.
Z. Впервые в рамках.гидродинамического направления решен ряд задач о течении газовзвеси в различных условиях:
в газодкспероном турбулентном пограничном слое (РТПС), в т. ч. в соплах Лаваля; ~
в газоддгперсных турбулентных струях (ПО) с переменным Фракционным составом, взаимодействием' частиц, их плавлением, испарением к горением;
в канале с учетом дисперсий скоростей отдельных фракций;
в газодисперсном ламинарном пограничном слое (ГЛПС) с учетом подъемных сил, действующих на частиш, их испарения, коагуляции и дробления, образования жидкой пленки.
S. Получены новые результаты в исследовании физических явлений, происходящих с отдельное частицей в потоке (удар частиш о Еероховат;л стенку, движение испаряющего.: капли, действие силы Магнуса на вращащувоя частицу и др.).
Практическая ценность работы заключается в определении основных закономерностей ламинарного, и турбулентного движения, тепле- к кассопереноса полидисперекой газовзвеси при наличии коагулянт: п дроблення частиц, фазовых переходов и химических реакции.. Предложенные математические модели и методы расчета могут быть неполъзезаны при проектировании энергетических установок п технологически аппаратов, з которых рабочим телом является долили спореная газовззесь.
На основе диссертационных исследований были разработаны к внедрен:-.: следующие.пакеты прикладных программ:
- о -
-
Турбулентной высокотемпературной струи с планяцимисл частицами при газопламенном Еанесевии покрытий- з Белорусском Н~: порошковой металлургии (г. Минск);
-
ГТПС 3 каналах переменного сэчения - з Московском инстп-туте теплотехники:
-
Полидисперсного течения с коагуляцией и дроблением :-:з-цель з полем массообменном скруббере - з ЕГО "Государственной институт прикладной химии" (г. Санкт-Петербург);
-
Высокоскоростного течения газовзвеез з. фурме длл подачи инертных газов и порожков з расплав '- на предприятиях концерна "Азовмаш", Мариупольском металлургическом комбинате т.'.. Ильич;.
Внедренные программные комплексы используются при проектировании изделий новой техники, а такжз для ссверпенствсванил технологических процессов.
Результаты работы могут быть использованы з вузах при поучении механики многофазных сред. .
Автор защищает: .
-
Основы теории течений . полидисперсЕОН газовзвзеи с сильным взаимодействием частиц а меафазным мзссссбменем;
-
Комплекс математических моделей и методов расчета масличных типов турбулентных газодисперсных течений с ксагул-цдіс-п и дроблением капель, фазовыми переходили и химическими реакциями;
-
Результаты расчетов течений газевзвесп з турбулентний струях, пограничных слоях и каналах з условиях взаимного влиянил протекающих в них физических процессов.
Апробация работы. Основные результаты диссзргаппсннстг ре,':-ты были доложены и обсуздены на:
I конференции по механика Академии нар; соц. стран. - "гаге, !SS7;.
II Ьйнском международном форуме по тэпломзсосссмону, ї s-эг: -
YII Всесоюзном съезде по теоретической и ггонкладноп мзхооттое. -Москза, 1S91;
I и II Всесоюзных конференциях ^"Теплофизика и г::лрогазсдп:з:'п--ка процессов кипения и конденсации". - .Рига, }"S2, 19ЄЗ;
ІГІ, ЮГ Всесоюзных конференциях "Актуальные вопросы физ;-: а;-родисперсных систем". - Одесса, 1936, 1S89;.
Всесоюзной конференции по кинетической теории разрезанных и платных газовых смесей, и механика неоднородных сред. - ."зник-
-4---.
град, is37; - .
ГІІІ и IX Всесоюзных симпозиумах по горению и взрыву. - Таш-:-:ei::s 1936; Суздаль,. 198у;
I".", Y г УІ БсесоюзЕ"5 научных совещаниях по теоретическим и прикладным аспектам турбулентных течений.-Таллинн, 1982,1985,
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 57 печат-:пл: работах (в т.н. монографии, переведенной на английский язык).
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 275 страницах,-содержит 14Г рисунков, список литературы из 282 наименовании, всего 348 страниц. Работе состоит из введения, восьми раз-
лалоз и заключения.