Испарение и конденсационный рост крупных и умеренно крупных капель в газообразных средах при произвольных препаратах температуры Красобитов, Борис Геннадьевич

Введение к работе

Актуальность темы диссертации обусловлена интенсивным применением аэрозолей, в тем числе и аэрозолей, испытывающих фазовий переход на поверхности, в науке, техяяхе и народном хозяйстве. Вопросы физики аэродиспврсных систем приобретают все боль-шуй актуальность в связи с развитием аэрозольных технологій; интенсификацией целого ряда производственных процессов, связанных с сушкой к охлаждением аэродиспврсных потоков. Знание физики процессов испарения капель топлива при значительных перепадах температуры необходимо при конструировании двигателей внутреннего сгорания. Построение теории испарения капель в газообразных средах при больших перепадах температуры дае- возмогяоеть качестве-кно и количественно описывать процессы, происходящие, например з предкамерах двигателей внутреннего сгорания, газогенераторах жидкотопливных реактивных двигателей я т.д., что представляет интерес для специалистов, занимающихся конструированием двіилате-лей внутреннего сгорания, жидкотопливных реактивных двигателей, эффективных тепло- и массообменников.

Знание физики процессов испарения капель необходило также 'при изучении процессов детонации в газожкдкостках системах, при моделировании процессов, происходящих в облаках и туманах при моделировании атмосферы и т.д.

До настоящего времени достаточно подробно был исследован диффузионный релсим испарения (когда относительная концентрация паро* вещества капли в екруяаюцем газе Cj « I) при малых перепадах тєг.пературн в окрестности капель. Поэтому отг.рцтел оставалась проблема строгого теоретического описания процесса ксгареиик крупных кслель в перегрета* средах, В частности нчяс.тыгй oct.'-t'i-

лиоь вопросы о влиянии на процесс свободного испарения капель в перегретых средах Стефановского потока и термодиффузии. Не исследовались до настоящего времени и вопросы испарения при произвольных перепадах температуры з системе капли - газовая среда конечных систем Д? крупных и умеренно крупных капель.

Нелы? работы является построение наиболее общей квазистационарной теории испарения как одиночных, так и взаимодействующих крупных и умеренно крупных капель чистых веществ при произвольных перепадах температуры в системе капли - газовая среда z сразнение полученных результатов с экспериментом.

Основные задачи:

1. Получить соотношения, позволяющие описывать продесс сферически симметричного испарения крупных и умеренно-крупных капель чистого веществ?., нагреваемых внутренними симметрично распределенными относительно оси, проходящей через дентр капли источниками тепла при произвольных перепадах температуры ж малых. перепадах относительной концентрации несущего компонента в окрестностях капли,с учетом влияния'на продесс испарения "те рмо диффузии и теплового излучения.

2. Получить формулы, позволящие при произвольных перепадах температуры в окрестностях капли оценивать степень влияния двеконее капель на процесс тепло- и массообмена капли с окружающей средой в случае, когда продольные числа Ре и Яе значительно меньше единицы.

3. Получить формулы, позволящие описывать процесс испарения, протекающий в конвективном режиме при значительных перепадах кокцзнтр&пда компонент и произвольных перепадах температуры б окрестности неподвижной капли.

4. Исследовать влияние Стефанозского потока на процесс свободного испарения крупных и утлеренно крупных капель в перегретых средах.

5. Получить соотношения, позволяющие в диффузионной режиме описывать процессы тепло- и массопереноса в системах, состоящих из произвольного конечного числа капель при произвольных перепадах температуры в система капли - газовая среда.

Научная новизна работа.

Построена наиболее общая квазпсгационарная теория испарения как одиночных, так и взаимодействующих крупных и умеренно крупних капель чистых веществ при произвольных перепадах температуры в системе капли - газовая среда.

Впервые теоретически исследован процесс испарения при малых относительных перепадах несущего компонента в окрестности капли, когда I C-j- - С_1со1 / << I. Значения несущего компонента на больших расстояниях при этом могут быть произвольными. Исследовано влияние на процесс испарения термодиффузии и теплового излучения.

Впервые проведено исследование влияния Стефановского потока на процесс свободного испарения хрупннх и умеренно крупшх капель в перегретых орэдах.

Впервые получено решение задачи о свободном (под свободным понимается испарение в отсутствие внутренних источников тепла) испарении в диффузионном режиме системы, состоящей из произвольного (конечного) числа произвольно расе чохенных крупных взаимо-действтпцих капель при значительных перепадах температуры в системе каша - газовая среда. При этом учитывалось влияние на процесс испарения тврмодиффузии. Найдены фо туль, позїюляхпиї. й кис-гистазЕонгрном поиблуткении оценивать время лепчоення двух высоко-

теплопроводных капель, нагреваемых внутренними симметрично распределенными относительно оси, проходящей через центры капель источниками топла.

Научная и практическая значимость работы.

Результаты научного исследования могут быть использованы при моделировании процессов детонации в газожидкостных системах, при оценках скорости испарения капель (частиц) в полях просветления, образующихся з облаках и туманах при прохождении через -них лазерного излучения. Построение теории испарения капель в перегретых средах необходимо для качественного и количественного описания процессов, происходящих в каналах тепло- и массоосмекников, в предкамерах внутреннего сгорания, при проектировании установок, предназначенных для очистки мокрых потоков от аэрозольных частиц. Развитые в работе математические методы могут быть также использованы для построения теории парофазного_горения капель топлива, а также для построения теории гетерогенного горения твердых аэрозольных частиц. Материалы диссертации являются составной частью физики аэродиспврсных систем и могут быть использованы т.ак при теоретическом анализе процессов тепло- и массопереноса в аэродисперсных системах, так и в практических' приложениях.

Апробация работы и публикации.

Методы, разработанные в диссертации были применены к описанию процессов тепло-^ассопереноса б окрестности движущихся в неоднородных по температуре и концентрации гетерогенно горящих, частиц [ I - 3 ] о Результаты докладывались на ХУ Всесоюзной конференции "Актуалыие вопросы физики аэродисперсных систем",(Одесса, 1989). Результаты диссертации также докладывались на ежегодных научных конференциях и теоретических семинарах в МОПИ им. Ы.К.Крупской (1988-1990). По теме диссертации опубликовано 6 работ,, список которых призеден в ".онде автореферата.

Структура и объем работы.