Введение к работе
Актуальность темы. Создание эффективных моделей для химических и физических кинетических процессов в турбулентных потоках является атуальной проблемой для расчета горения и других кинетических процессов в реальных устройствах. Описание турбулентных течений реагирующих- примесей является более сложной задачей,чем'описание турбулентного переноса примеси, не принимающей участия в химических реакциях (пассивной примеси). Модели, используемые обычно для этих целей, представляют собой о'среднённые уравнения турбулентного переноса примеси. Их использование связано с двумя существенными проблемами. Первая проблема заключается ' в том, что замыкающие соотношения, . используемые для аппроксимации турбулентных потоков пассивной примеси, совсем необязательно пригодны для реагирующей примеси. Вторая проблема - это.вычисление осредненных значений' источниковых членов, которые, как правило, являются нелинейными функциями концентраций реагентов. Основная причина перечисленных трудностей заключается в том, что при формальном осреднении уравнений переноса теряется существенная часть информации об особенностях рассматриваемых процессов. Так, например, многие реакции идут в. узких зонах, движущихся, вместе с турбулентными пульсациями. Характерный масштаб таких процессов меньше характерного масштаба турбулентных пульсаций, что сказывается на аппроксимациях турбулентных потоков .
При турбулентном горении не перемешанных заранее реагентов, перечисленные выше проблемы имеют решение
в случае турбулентного химического, равновесия, когда химические реакции лимитируются процессом смешения. В этом случае характеристики реагирующей примеси могут быть выражены через характеристики поля пассивной примеси. Однако перечисленные выше проблемы остаются нерешенными при отсутствии турбулентного химического
равновесия.
Целью работы является построение модели, согласующейся с равновесным решением, которую можно использовать не только в равновесных, но и .в неравновесных случаях.
Замыкающие соотношения получены на основе анализа свойств мелкомасштабной турбулентности, следующих из теории Колмогорова. Полностью замкнутые модели построены для однородной турбулентности и для тудхЗулентных сдвиговых течений.
Научная новизна работы заключается в том что: ' 1-> Подучено уравнение для условно осредненной (при заданном значении концентрации пассивной примеси) концентрации реагирующей примеси.
2Предложено замыкающее соотношение для потока реагирующей примеси в пространстве пассивной примеси, базирующееся на теории Колмогорова.
3)Определены случаи полного замыкания полученных соотношений (однородная турбулентность и турбулентные сдвиговые.течения).
4)На основании полученных уравнений предложен метод более детального и строгого вычисления средних-значений источниковых членов кинетических уравнений. Вместе с тем этод метод избавляет от дорогостоящей по затратам машинного времени процедуры их осреднения по различным значениям концентрации пассивной примеси.
5Предложена модификация известных методов восстановления ' функций ' плотности вероятности
концентрации пассивной примеси применительно к потребностям предложенного метода.
6)Проведена численная апробация предложенной модели в турбулентном слое смешения.
7)Решена задача о сильном образовании ядер конденсации в турбулентных потоках. Отличие от известных решений состоит в том, что: а)на основании асимптотического анализа решение проводится 'в характерных переменных зоны нуклеации, что обеспечивает большую точность расчетов.; б)проведено сравнение, результатов расчета процесса нуклеации по предложенной и по известным моделям.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что:
1)Предложенная модель обеспечивает более простую и вместе| с тем более, строгую процедуру осреднения источниковых членов кинетических уравнений."
'2Предложенная модель обеспечивает выполнение известных турбулентных равновесных соотношений при достижении химического равновесия.
3) Предложенная концепция'/- диффузии в пространстве концентраций пассивной примеси открывает возмсжность для более детального анализа динамики примесей в турбулентных потоках.
Апробация. Результаты- диссертации были представлены на обсуждение и были одобрены на vi Всесоюзном совещании по теоретическим и прикладным аспектам турбулентных течений (1889г.>; семинарах академика Г.Г.Черного, профессора Г.Н.Абрамовича, профессора Г.А.Любимова.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит .из 74 страниц основного текста (введение, три главы, выводы), списка литературы из 54 наименований и 19 иллюстраций. Полный объем диссертации - 99 страниц.