Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния вопроса 10
1.1 Анализ экспериментальных работ 10
1.2 Анализ теоретических работ 40
2 Описание математической модеж соударения 54
2.1 Математическая модель соударения капли со стенкой 55
2.2 Границы допустимости модели 69
3 Экспериментальная установка и методика исследования теплового взаимодействия 71
3.1 Экспериментальное оборудование 71
3.2 Подсистема сбора температурных данных 76
3.3 Подсистема вторичной обработки опытных данных 88
3.4 Наладка и тестирование комплекса 94
3.5 Оценка погрешности измерений. 101
4 Экспериментальное исследование 110
4.1 Измерение температуры калориметра 110
4.2 Восстановление теплового потока 120
4.3 Теплосъем капель, полученный методом теплового баланса.. 121
4.4 Погрешность результатов эксперимента 123
5 Теоретическое исследование 128
5.1 Тестирование реализации модели 128
5.2 Динамика деформации капли при соударении 138
5.3 Влияние параметров процесса на динамические характеристики 148
5.4 Влияние параметров процесса на теплообмен 163
Выводы 170
Литература 173
- Анализ теоретических работ
- Границы допустимости модели
- Подсистема вторичной обработки опытных данных
- Восстановление теплового потока
Введение к работе
Актуальность темы Охлаждение нагретых поверхностей
газокапельными струями широко распространено в современной энергетике, металлургии, криогенике, ракетной технике, пожаротушении и других областях техники При этом одним из наиболее существенных вопросов является разработка методов расчета теплообмена между струей и поверхностью Прогресс в этой области сдерживается отсутствием достаточно полного понимания всей совокупности явлений, происходящих при натекании двухфазной струи на поверхность Процесс взаимодействия струи с поверхностью в значительной степени определяется взаимодействием с поверхностью единичных капель Поэтому необходимо провести детальное изучение процесса соударения капли с поверхностью, рассмотрев деформацию капли и теплообмен между каплей и поверхностью, т е решить две взаимосвязанные задачи - динамическую и тепловую
Теоретические работы, посвященные соударению капли жидкости со стенкой, имеют те или иные допущения и ограничения В настоящее время ни одна математическая модель не может полностью описать связанные между собой механизмы деформации и теплообмена Отсутствует и достаточное число экспериментальных работ, посвященных исследованию теплообмена между каплей и стенкой, а имеющиеся на сегодняшний день экспериментальные данные часто противоречивы
Для углубления понимания процессов, происходящих между соударяющимися каплями и твердыми поверхностями при наличии теплообмена требуются дополнительные теоретические и экспериментальные исследования В связи с этим тема работы является актуальной
Цель работы Экспериментальное и теоретическое исследование динамического и теплового процессов при соударении капли с нагретой поверхностью
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи
Создание математической модели соударения капли с нагретой поверхностью
Экспериментальное исследование теплообмена между нагретой поверхностью и соударяющейся с ней каплей
Теоретическое исследование процессов деформации капли и ее теплообмена с нагретой поверхностью при соударении капли с этой поверхностью
Научная новизна работы
Предложена математическая модель соударения капли с нагретой поверхностью, позволяющая, в отличие от известных моделей, одновременно решать динамическую и тепловую задачи без каких-либо ограничений на форму деформирующейся капли
Получены новые экспериментальные данные о процессе теплообмена между каплей и нагретой поверхностью, в частности о влиянии температуры капли на интенсивность теплообмена
Выявлены закономерности деформации капли и ее теплообмена с нагретой поверхностью в зависимости от параметров капли и поверхности
Практическая ценность работы заключается в возможности предсказания, при решении конкретных задач, закономерностей теплообмена между нагретой поверхностью и взаимодействующими с ней каплями
Предложенная математическая модель соударения капли с поверхностью позволяет определять оптимальные параметры капель при использовании двухфазных струй для охлаждения различных поверхностей Результаты проведенного экспериментального исследования могут использоваться не только для тестирования математических моделей, но и при решении прикладных задач Разработанная система регистрации и обработки экспериментальных данных дает возможность проводить натурные испытания при минимальных временных и финансовых затратах
Полученные результаты могут использоваться при решении ряда прикладных задач в таких областях техники как двигателестроение, металлургия, пожаротушение и других На защиту выносятся
1 Математическая модель соударения капли с нагретой поверхностью,
не накладывающая ограничений на форму капли
2 Система регистрации и обработки первичных данных для
экспериментального исследования теплообмена между каплей и нагретой
поверхностью
Результаты экспериментального исследования теплообмена между поверхностью и соударяющейся с ней каплей
Результаты теоретического исследования деформации и теплообмена капли, соударяющейся с нагретой поверхностью
Апробация работы Результаты работы были представлены на конференциях и симпозиумах XIV конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам, III научно-практической конференции «Исследования и перспективные разработки в авиационной промышленности», научно-технической конференции молодых специалистов, IX международном симпозиуме «Актуальные проблемы машиностроения и механики сплошных и сыпучих сред»
Публикации Материалы диссертации опубликованы в 5 печатных работах Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов Имеет 180 станиц печатного текста, 75 иллюстраций, 2 таблицы Библиография содержит 105 наименований
Анализ теоретических работ
Работы, посвященные изучению гидродинамики и теплообмена при взаимодействии соударяющейся капли с твердой поверхностью условно можно поделить на две группы: экспериментальные и теоретические. Некоторые работы включают как экспериментальный, так и теоретический материал. Обзор материала разделен на две части: обзор экспериментальных и обзор теоретических работ.
В обзорном материале [1] указывается, что большинство методов расчета теплоотдачи в закризисной (пленочной) области основывается на предположении об образовании «устойчивого парового слоя, отделяющего каплю от стенки, причем данные о теплоотдачи к движущейся в пограничном слое капле базируются на аналитических или опытных данных для подвешенной над охлажденной стенкой каплей. Однако физические аспекты тепло-массообмена летящей капли с перегретой твердой поверхностью до сих пор изучены мало.
В работе [2] было проведено подробное визуальное исследование с помощью скоростной съемки падения капли воды на поверхность вдоль стальной иглы. Капли сохраняли свое сфероидальное состояние и совершали колебания вблизи нагретой поверхности, максимальный зазор при отскоке достигал 1 мм. Оптические измерения показали касание каплей перегретой поверхности, но других методов регистрации касания не проводилось. При проведении опытов с распылением капель из форсунки авторы фиксировали время пребывания капли у перегретой поверхности; последнее резко (в несколько раз) убывало при повышении температуры выше 250-300С. Затем уменьшение времени становилось относительно незначительным. Подобное изменение вида зависимости трактовалось авторами как изменение механизма передачи тепла, то есть переход к пленочному взаимодействию. Величина предельной температуры смачивания не зависела от скорости в диапазоне 2-4 м/с. Характеристики теплообмена от поверхности к каплям в данной работе не изучались.
В работе [3] проводились исследования по измерению количества тепла, отбираемого соударяющейся каплей (температура капли 19-20С, диаметр 2 мм, скорость соударения, ниже скорости разрушения на осколки) и времени электрического контакта капли со стенкой. Сопоставление величин среднего теплового потока с измеренным временем контакта (оцененная величина потока была значительно выше) позволило сделать предположение о наличии «множественных кратковременных контактов». Было выявлено значительное влияние на продолжительность контакта таких факторов, как: температура поверхности, скорость соударения капли, что согласуется с выводами в работе [4].
В работе [6] (с использованием результатов работы [5]) проводилось измерение количества тепла, отбираемого одиночной двухмиллиметровой каплей воды, падающей на полированную золотую поверхность. Эксперимент проводился в паровой атмосфере при давлении около 0.1 МПа. Температура капель была близкой к 100С (то есть близкой к температуре насыщения, и при которой капли сохраняли термодинамическое равновесие). Было получено относительное уменьшение объема жидкости при одиночном взаимодействии с поверхностью нагрева в диапазоне скоростей от 0.62 до 1.47 м/с. Уменьшение объема, а следовательно, и массы капли составляло при температуре 200С от 1 до 1.5%, а при более высоких температурах не выше 0.2%. Исследованный диапазон скоростей выбран так, чтобы не происходило дробление капли при взаимодействии с поверхностью. Найден максимальный предел числа Вебера, при котором капля сохраняет свою форму. Это значение равно 80. По фотографии было определено изменение радиуса капли во времени для трех скоростей капли. Авторы показали, что при скоростях 0.62 и 1.09 м/с, то есть We %0 (первоначальный размер капли 2.3 мм и Tw =400С), максимальное время взаимодействия составляет 12 мс, капля почти не расплющивается при ударе и плавно изменяет во времени свою поверхность взаимодействия со стенкой. При скорости 2.2 м/с (We 80) время соприкосновения уменьшается примерно в два раза и равно 6 мс, максимальный радиус при ударе превышает первоначальный почти в два раза и резко уменьшается во времени при отскоке капли. Следует отметить, что результаты фотографирования соударяющихся капель работы [6] использовались для сопоставления с результатами, полученными в представленной работе.
В [7] изучалась теплоотдача к каплям малого размера. Эксперимент проводился в горизонтальной стеклянной трубке диаметром 8 см; на одном конце которой была поставлена форсунка. В центре трубы помещался металлический диск диаметром 2.5 см и толщиной 1 мм. Температура диска измерялась термопарой, установленной на обратной стороне диска. Диск предварительно нагревался до температуры, близкой к 500С. Когда устанавливался стабильный режим работы форсунки, нагревательный элемент убирали и записывали последующий процесс охлаждения диска паро-капельным потоком. Величина теплового потокаграссчитывалась по уравнению теплового баланса: где р, V, с - плотность, объем и изобарная теплоемкость диска соответственно. Далее предполагалось, что тепло идет на прогрев насыщенного пара, текущего вдоль диска, и частичное испарение взаимодействующих с нагретой поверхностью капель. Для вычисления величины теплового потока к каплям было записано следующее уравнение:
Количество капель жидкости, взаимодействующих с передней стороной диска, определялось с помощью найденного экспериментально [7] коэффициента, учитывающего долю всех капель, производимых форсункой, падающих на диск. При этом предполагалось, что каждая капля попадает на диск и взаимодействует с ним один раз; взаимодействие капель жидкости с обратной стороной отсутствует. Диаметр капель определялся по размерам солевого следа высохших капель, в которые предварительно добавляли сульфат никеля. Размер капель 50-70 мкм. Скорость капель определялась с помощью киносъемки и менялась в интервале 4.6-6 м/с. Расход пара 4.8-1(Г3кг/с, расход жидкости 0.4-КГ6-2.0-10" л31с. Эксперименты проводили с разными материалами дисков: золото, платина, нержавеющая сталь и медь.
Границы допустимости модели
При Гнг=200С по данным И. Вахтерса [6] коэффициент эффективности охлаждения составляет 1.5%; по данным С. Педерсена [8] - 80%, а при Tw =300С - соответственно 0.15% и 18%. В этих работах нестационарные поверхностные температуры не измерялись.
Исследования теплообмена [20] падающих капель проводились следующим образом. Капли падали на поверхность калориметра. В опытах, поставленных по методике квазистационарного теплосъема, использовался калориметр (А). Стержень из меди Ml диаметром 25 мм, длиной 250 мм нагревается нихромовым нагревателем, который питается от автотрансформатора мощностью 1.2 кВт. Стержень препарирован термопарами ХА, диаметр проволоки 0.3 мм.
В опытах по методике нестационарного теплообмена использовались калориметры (Б), (В), (/") Калориметры (Б) - цилиндры из стали ХІ8ШОТ и никелированной меди Ml с диаметром 35 мм высотой 30 мм препарированы тремя спаями ХА на оси (в отверстиях диаметром 1.2 мм, термоэлектроды 0.3 мм) и тремя наружными спаями. Рабочая поверхность калориметра (Б) из нержавеющей стали обрабатывалась наждачной бумагой до чистоты (значение 6). После нагревания в печи до определенной высокой температуры калориметр помещался под падающие капли, значения температур записывались потенциометром КСП-4. температуру поверхности определяли экстраполяцией осевых термопар.
Методика квазистационарного теплообмена позволяет длительное время выдерживать однородные условия опыта и наблюдать накапливающиеся эффекты (например, эрозию поверхности теплообмена при заданных Tw и связанное с ней изменение теплосъема капель). Среднее значение 7V в этом случае определяется достаточно точно. Недостаток этой методики в низкой точности получения Qk, особенно в режимах интенсивного теплообмена, вследствие трудности скомпенсировать и учесть потери тепла при значительных градиентах температур вдоль стержня. Опыты, выполненные по методике нестационарного теплообмена, менее трудоемки обеспечивают достаточную точность определения Qk, но в них ниже точность соотношения величин Qk и Tw [25].
В [20,26] обсуждалось влияние различных факторов на теплосъем капель. При падении капель ша высокотемпературную стенку (Г ЗОСС) при значениях числа Вебера (\Уе Щ. Эти капли дробились, размер капель-осколков уменьшался с увеличением We. В экспериментах работы [20] значение Вебера изменялось от 140 до 1600. В опытах установлено, что при разбрызгивании капли отвод тепла единицей массы жидкости (М,Дж/кг, далее по тексту - теплосъем) при прочих равных условиях остается постоянным. Поэтому ниже приводятся результаты главным образом для крупных капель (D0=3 мм), опыты с которыми имеют более высокую точность.
При ГН 550С капля разрушается на стенке бесшумно. С понижением Tw появляется звенящий звук, частота тона которого понижается с понижением температуры поверхности. Значение Tw, при котором появляются акустические эффекты, зависит от скорости падения капли (для температуры жидкости 21 С при понижении скорости капли от 6 м/с до 1 м/с эта температура снижается с 550 до 480С) и практически не зависит от диаметра капли. Акустические эффекты при температуре стенки в пределах 400-500С практически не оказывают влияния на теплообмен. Они не связаны со смачиванием стенки, а возникают из-за локальных перегревов жидкости над бугорками шероховатости, где толщина парового слоя меньше средней; образующиеся кавитационные пузырьки схлопываются в массе недогретой жидкости и порождают ударные волны.
Влияние скорости.падения капель проявляется двояко. Увеличение скорости, с одной стороны, интенсифицирует теплообмен с окружающим воздухом, вынужденную конвекцию в жидкости; из-за возрастания ударного давления на начальной стадии растекания капли утоняется паровой слой, облегчаются условия смачивания. С другой - с увеличением скорости уменьшается время контакта капли со стенкой. Опытные зависимости Ai(Tw,V0) для капель воды диаметром 3,03 мм представлены на рис. 1.3.
В области пленочного кипения (на стальном калориметре при Tw 400С, на медном (Ml) - при Tw 300С) увеличение скорости падения капель приводит к возрастанию теплосъема. Капиллярно-пористое покрытие (II) охлаждается каплями интенсивнее, чем гладкая стенка (I) вследствие увеличения поверхности теплообмена. С увеличением Tw и толщины парового слоя различия уменьшаются. Для гладкой стенки теплосъем возрастает с повышением Tw, наклон кривых Ai(Tw) на рис. 1.3 сохраняется вплоть до Tw = 750С. При Tw 450С
отвод тепла каплями на стальной и медной стенках становится практически одинаковым.
На капиллярно-пористом покрытии поверхности максимальный теплосъем при капельном охлаждении превышает Aimx гладкой стальной и медной стенок примерно на 70 и 35%. Интенсификация пузырькового кипения на пористой стенке связана с увеличением числа центров кипения и их активацией [27]. В переходном режиме кипения на пористой стенке теплосъем капли может превышать QK для гладкой стенки в два раза и более при одинаковых значениях Г„ Значения Tw для пористой стенки недостаточно надежно определяются экстраполяцией показаний осевых термопар калориметра Б. При ТЖ=22С предельный теплосъем капель воды составляет:
Подсистема вторичной обработки опытных данных
Подбор положительного весового параметра ОС требует особого рассмотрения. С одной стороны, этот коэффициент должен быть ненулевым, чтобы сгладить осцилляции, вызванные погрешностью температурных данных. С другой стороны он не должен быть слишком большим, чтобы не «перегладить» получаемый
тепловой поток. В рамках нашей ОЗТ значение коэффициента а может быть выбрано из следующих соображений. Можно взять достаточно большое начальное значение, а затем , уменьшать его в порядке геометрической прогрессии. Уменьшение продолжать до тех пор, пока не появится осцилляции решения с периодом порядка интервала аппроксимации входной температуры.
Метод интеграла свертки и метод Стефана требуют условие постоянства ТФХ рабочего участка. Полученная в обоих способах оценка теплового потока может быть уточнена с учетом зависимости ТФХ материала рабочего участка от температуры
Метод минимизации функционала - уточняющий метод, применяемый в сочетании с одним из вышеописанных способов. Используется полученное с их помощью решение в качестве начального приближения, и решается ОЗТ в нелинейной постановке. Его применение оправдано в том случае, когда в рамках одного эксперимента значительно (порядка нескольких сотен градусов) изменяется температура калориметра. Уравнение теплопроводности записывается в нелинейном виде:
Представим реализацию решения нелинейной ОЗТ. Будем искать в /я - мерном пространстве (q}m минимум функционала (3.8). Размерность пространства определяется количеством температурных точек. Способ многопараметрической минимизации основан на методе сопряженных направлений. Это один из наиболее мощных методов нелинейной многомерной оптимизации, позволяющий двигаться вдоль «оврагов». Суть его в следующем. На первой итерации строится /я-мерный вектор спуска, совпадающий с базисом m-мерного функционального пространства. На каждой следующей итерации выбираются направления, одно из которых коллинеарно вектору спуска предыдущей итерации, а остальные сопряжены первому и самосопряжены друг другу. Отметим, что каждое направление есть m-мерный вектор. Таким образом, вектор самосопряженных направлений есть тензор второго ранга. Для получения вектора самосопряженных направлений используется процедура Грамма-Шмидта [99]. Ее суть в следующем. Допустим, мы минимизируем функцию в m-мерном пространстве
Шагі. Последовательно осуществляется минимизация по направлениям Sf0,i, і = 1, 2,...,т. Осуществляется переход по этим направлениям в точку минимума на каждой і-ой итерации. Вычисляется m-мерный вектор спуска {А}т из условия
Последовательно осуществляется минимизация по направлениям Sfk)i , i=l,2,...,m. Осуществляется переход по этим направлениям в точку минимума на каждой і-ой итерации. Вычисляется m-мерный вектор {Х}т из условия:
Решение нелинейного уравнения теплопроводности производится конечно-разностным методом. Коэффициенты а(Т) и Mj) интерполируются полиномом второй степени по табличным зависимостям, взятым из [100], методом наименьших квадратов с помощью программы EXCEL. Размерность пространства {q}m зависит от выбранного интервала разбиения времени (At): m- XjAt
Перед проведением основных экспериментов необходима подготовка экспериментальной установки к работе, которая включает в себя тестирование программ обработки информации и проведение предварительных экспериментов. Предварительные эксперименты проводятся с целью: удостовериться в полной работоспособности оборудования, исправить конструктивные недочеты, убедиться в получении и правильной обработке данных эксперимента.
Отработка методики нагрева калориметра осуществлялась отдельно от других задач и предназначалась для нахождения оптимального режима работы уртановки нагрева, избежания ее перегрева, обеспечения техники безопасности. В результате была выработана инструкция по последовательности действий, направленных на нагрев калориметра до требуемой температуры:
Тестирование программы «Расчет температуры по звуковой информации» осуществлялась по температурным данным, полученным при проведении калибровок ПНЧ. Правильность программы подтверждена согласованностью результатов расчета с формулой (3.1). При проведении калибровок, отклонения калибровочных коэффициентов от среднего не превосходили 1%. При расчете температурных точек отклонение полученных результатов от температур, зафиксированных с помощью терпературного мультиметра, не превосходили 1.5%. Тестирование программ вторичной обработки осуществлялось для трех отдельно реализованных методов: метод Стефана, метод интеграла свертки, метод многомерной нелинейной минимизации. Для тестирования всех программ задавались одинаковые постоянные теплофизические характеристики материала. Условия теплового воздействия на образец искусственно задавались следующими: на задней и боковых поверхностях тепловой поток отсутствовал, на передней поверхности тепловой поток задавался функцией времени: q(T) = :\05 т2+ 2.44- 106т+ 2.78-105 (3.20)
Тестирование осуществлялось в два этапа. На первом этапе проверялась реализация численного решения прямой задачи теплопроводности с граничными условиями (3.20). Вычисляемое распределение температуры внутри образца сравнивалось со значениями, получаемыми по аналитической формуле для плоской пластины [101]. Отладка производилась до появления схожести результатов в пределах 0.01%.
На втором этапе проводилось тестирование всех трех программ на тепловом потоке (3.20). Результаты тестирования представлены на рисунке 3.10, где показана относительная погрешность восстановленных тепловых потоков. Результаты тестирования программ позволили выявить тот факт, что наименьшей погрешностью обладает алгоритм нелинейной минимизации, а наибольшей погрешностью обладает алгоритм Стефана. Следует отметить, что тестирование проводилось для «наихудших» условий размещения термопары, то есть на задней стенке образца. Даже в этих условиях только для первых трех температурных точек погрешность расчетов колеблется в диапазоне 3-12%, и далее не превышает 3%. Это позволяет говорить об удовлетворительных результатах обработки тестового теплового потока.
Восстановление теплового потока
Еще одним косвенным критерием является сопоставление расчетного баланса і импульса и баланса энергии капли. Баланс импульса представляет собой сумму между импульсом силы от внешнего давления и импульсом скорости капли. Следует отметить, что в реализации модели была заложена корректировка скорости центра масс капли, с целью обеспечить постоянное сохранение баланса импульса. Такая специальная коррекция позволяет уменьшить накапливающуюся погрешность вычислений. Получаемая в расчетах величина коррекции скорости центра масс капли не превосходила 1.5 % от начальной скорости. Баланс энергии представляет собой сумму между работой внешнего давления и кинетической энергией внутреннего движения жидкости. Расчеты показали совпадение баланса энергии с погрешностью не более 3%.
Сопоставление по тепловому критерию. Сопоставление осуществлялось для тепловых экспериментальных данных, полученных в представляемой работе и описанных в главе 4 (рис. 4.9, 4.10). Начальными условиями для расчета, таким образом, являлись следующие: диаметр капли - 2.6 мм; скорость вертикального соударения - 0.68 м/с; температура стенки - 400-520С; температура жидкости -20, 50, 90С. Сопоставление экспериментальных и теоретических данных по интенсивности теплообмена между каплей и стенкой показано на рис. 5.7. Сравнение результатов показывает некоторое занижение (в пределах 25%) расчетных значений теплообмена по отношению к экспериментальным значениям, что можно считать допустимым.
Таким образом, проведенное тестирование программы дает основание утверждать, что разработанная математическая модель может быть использована для проведения параметрических расчетов по соударению капли жидкости с высокотемпературной стенкой.
Следует сказать о причинах некоторого различия результатов расчета и і эксперимента при определении теплового потока от поверхности к капле. Это различие может быть .следствием не учета в математической модели нескольких факторов, присутствующих при проведении эксперимента. Одним из таких факторов является заложенное в модель допущение о безударном торможении капли при подлете к стенке за счет избыточного давления в парогазовой прослойке. Проведенные расчеты показывают, что недогретая капля (D0 = 2.6 мм, v = 0.68 м/с, Tw = 450 С, AT = SO К) тормозится при подлете к стенке на расстоянии 0.4-0.6 мкм.. Для идеально гладкой стенки это допущение справедливо. Но для стенки с наличием реальной шероховатости (например, 1 мкм) приходится сделать вывод, что капля подлетает ниже пиков шероховатости, через которые должен осуществляться дополнительный отток тепла в каплю. Как следствие, теплообмен капли с реальной поверхностью должен быть выше.
Следующим фактором, влияющим на точность математической модели, является допущение о профили радиальной скорости вытекающего из парогазовой прослойки пара (см. 2.13). Для тонкой равномерной по высоте прослойки это допущение имеет достаточное обоснование, так как преобладающими становятся силы вязкости, формирующие квадратный по вертикальной координате профиль радиальной скорости пара. Но расчеты показывают, что для некоторых режимов соударения парогазовая прослойка становится сильно неравномерной по высоте, и это может вызывать погрешность решения задачи о вытекании газа из парогазовой прослойки.
Еще одной причиной различия результатов расчета и эксперимента может быть неточное задание физических свойств жидкости и парогазовой смеси. Для жидкости это относится к коэффициенту поверхностного натяжения о, который зависит от температуры жидкости. Для парогазовой смеси значимыми физическими свойствами являются: плотность, вязкость, теплопроводность, которые зависят от температуры. Нельзя точно определить отношение между долями присутствия атмосферного воздуха и пара воды, особенно в начальный период соударения. В реализации модели были заложены средние между воздухом и паром значения физических свойств при температуре 300С.
По нашему мнению, остальные факторы, влияющие на погрешность вычислений, можно считать менее значимыми. К ним относятся: допущение о несжимаемости и невязкости жидкости; учет капиллярных сил из-за не одинаковой температуры поверхности; учет локального понижения температуры стенки в области контакта с каплей; наличие радиационного теплообмена; уменьшение объема капли за счет испарения.
Анализ динамических характеристик процесса соударения позволил выявить общие закономерности процесса. Было получено, что значительное влияние на характер образования и существования парогазовой прослойки оказывает величина недогрева жидкости. Качественное описание процесса на этапе растекания капли приводится для случаев значительного недогрева и отсутствия недогрева жидкости, для капель диаметром 2.6 мм (рис. 5.8,5.10).
При соударении со стенкой капли с недогретой жидкостью (рис. 5.10) она тормозится за счет вытекания воздуха из газовой прослойки, находящейся между каплей и стенкой. Парообразование на этом этапе отсутствует. При подлете каждая локальная точка поверхности капли вертикально тормозится и достигает минимального расстояния от стенки, затем незначительно отдаляется от нее. Жидкость капли начинает двигаться в радиальном направлении, при этом радиальная скорость в несколько раз выше начальной скорости соударения. Вертикальная скорость соударения подлетающих частей капли сохраняет начальное значение до момента, когда части, движущиеся в радиальном направлении, не распространятся от центра на расстояние, равное начальному радиусу капли. Примерно с этого момента вертикальная составляющая скорости подлетающих частей капли начинает уменьшаться. Части, движущиеся в радиальном направлении, выдавливаются из под капли, капля начинает растекаться. Растекающийся слой капли садится на газовую прослойку приблизительно одинаковой толщины, образуя достаточно ровную нижнюю поверхность капли.
