Введение к работе
Актуальность проблемы. В данной работе приведены результаты зучения и практических приложений одного из ванных разделов меха-ики и теплофизики многофазных сред, связанного с описание процес-ов тепломассопереноса (в основном конденсации и испарения) в дис-ерсных парогазонидкостных системах.
Актуальность и перспективность рассмотрения многофазных (в ом числе и однокомпонентних) систем с диспергированной фазой оп-еделяется их использованием в качестве теплоносителей, новых зи-эв топлив, компонентов химической технологии при создании высоко-ффективных тепломассоокменных устройств.
Вместе с тем, широкомасштабное внедрение подобных систем сдер-двается отсутствием базирующихся на достоверных математических мо-злях методов механизированного расчета характерных параметров.
В настоящее время, несмотря на разнообразие и многочисленность ^следований явлений переноса в гетерогенных многофазных системах, зе они носят специфический характер и могут *ыть, за некоторым ис-пгачением, условно разделены на постановочные (предполагающие досрочно оКщую постановку проблем) и экспериментальные (с последую-зй попыткой интерпретации многофакторных зависимостей в критериаль-э-интегральном зиде). И, как следствие этого, отсутствует инстру-знт в виде программных комплексов, ориентированных на типовые за-ічи и типовые тепломассоокменные устройства, а также необходимую
гепень достоверности расчетных результатов.
Целью работы является создание набора методик расчета специфи-зских гетерогенных смесей на ^азе математических моделей и програмних комплексов различного уровня сложности, изучение с их помощью тределлющих параметров процессов переноса в дисперсных парогазожид-
костных системах и реализация результатов этого изучения б виде практических приложений, включая разработку и описание серии моду; ных конструкций тепломассообменных устройств на базе, преимущественно, барботажных конденсацданно-охладительных систем.
Научная новизна работы состоит прежде всего в том, что впервь для описания рассматриваемых тепломассообменных устройств и содеря щихся в них газожидкостных структур (и, в первую очередь, пузырьке вых), предлагаются систематизированные вычислительные алгоритмы, ъ основу которых положены базовые модели различных уровней сложности ориентированные на широкий круг типовых задач, а также реальные кс струкции и ситуации.
Разработка подобных алгоритмов потребовала помимо создания ор гинальных одномерных, пространственных и-комбинированных моделей п реноса в неоднородных двухфазных системах проведение серии численных и экспериментальных исследований, результаты которых также явл ются новыми и представляют самостоятельный научный интерес.
Перечень разработанных моделей и выполненных численных и экспериментальных исследований, а также результаты практических прило жений в виде базовых конструкций оригинальных смесительных конденс торов приведены ниже.
Практическая ценность результатов работы связана с возможност эффективного приложения разработанного набора методик к изучению различных реальных ситуаций в неоднородных парогазожидкостных системах в соответствии с достаточной для целей исследования или нужд практики глубиной проникновения в проблему.
Кроме того, предлагаемые конструкции тепломассообменных аппаратов смешения могут быть использованы при создании новых теплонап ряженных, экологически чистых и безопасных энергетических систем.
В предлагаемой работе автор защищает:
одномерные и комбинированные модели полидисперсных газс::-:ид-костных потоков, з том числе нестационарные сопряженные модели пузырьковых и капельных потокоз в условиях внешнего теплоподвода,модели адиабатических парокапельных потокоз с инертной твердой фазой (частицами) в канале переменного диаметра, модели стационарного и нестационарного барботажных слоев;
пространственные (многомерные) модели процессов тепломассо-переноса вблизи гранипы межфазовых,контактов, внутри элементов энергетических конструкций и в природных системах, включая модели конвективных (в случаях естественной и принудительной циркуляции) течений внутри и вне дискретных образований (пузырей, капель), модели нестационарного тепломассоцереноса под защитной оболочкой произвольной формы с внутренними тепловыделяющими элементами при возможном присутствии транспортируемых частиц (капель, твердых частиц), модельный модуль процессов переноса в нестационарном динамическом двухфазном слое и его модификацию для описания приповерхностных (с процессами испарения) слоев природных или промышленных водных охладителей;
результаты численных реализаций комбинированных и пространственных моделей, включая изучение динамической стабильности двухфазных потоков, характеристик переноса в теплоизолированных проточных контактных элементах, термодинамических параметров проточного
и замкнутого барботажных слоев конденсаторов смешения и оригинальных систем локализации пара, параметров термоконвекции и внутреннего теплоподвода к менфазовой границе газового пузыря, характеристик конвективных течений и теплопереноса в многослойных пористых материалах и под защитными оболочками с внутренними тепловыделяющими элементами при граничных условиях всех видов, тепломассоперено-са в ячеистых парогазо:шдкостннх структурах водных охладителей;
результаты экспериментальных исследований устойчивости дисперсного "отока е одиночном канале с электроо^отрезом, термодинамических параметров модельных элементов проточных кар^ота^нкх конденсаторов и систем локализации пара;
результаты испытаний элементов энергетического оборудования и критериальные формы их окснцения, включая многотрудные парогенераторы, пусковые системы и проточные контактные элементы энергетических стендов;
*азоЕые конструкции проточных *ар*ота^ных конденсаторов с высокой и низкой паровой нагрузками, замкнутый «'аркотажный конденсатор системы локализации пара, модульный ^ар^отажный элемент системы охлаждения с воздухоохлаждаемкми тєнлоекми трупами,смеситель' нкй конденсатор для парогазовых установок.
Достоверность полученных результатов основывается на сравнении результатов численного расчета с известными и полученными авто< ром экспериментальными данными, а также на качественном и количест венном анализе решения тестовых задач.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на международных, всесоюзных (межреспубликанских) и республиканских форумах, конференциях, семинарах и т.п., в том числе:
Всесоюзном семинаре "Нелинейные волновые процессы в двухфаз ных средах" (г.Новосибирск, 1976);
Ж конференции ИГФ СО АН СССР (г.Новосибирск, 1980);
Всесоюзных конференциях "Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации" (г.Рига, 1980,1982,1986,1988);
Всесоюзном семинаре "Ократные и сопряженные задачи тепло-массопереноса" (г.Киев, 1979);
Всесоюзной конференции по тепломассообмену (г.Минск, 1984);
I и П Международных форумах по тепло- и массопереносу (г.Минск, 1988,1992);
У и УІ Всесоюзных конференциях "Диссоциирующие газы как 'енлоносители и рабочие тела АЭС" (г.Минск, 1981, 1983);
Всесоюзном семинаре "Вычислительные методы и математическое :оделирование" (г.Минск, 1984);
ІУ Международной конференции "Термодинамика в ядерных ректорах" (г.Карлсруе, Ш, 1989);
П Всесоюзном семинаре "МетастаКильные фазовые состояния'-еплофизические свойства и кинетика релаксации" (г.Свердловск, 989);
УШ Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергетиче-ких машинах и аппаратах" (г.Ленинград, 1990).
Публикации> По теме диссертации опубликовано 52 печатных а*оты, выпущено 40 научно-технических отчетов, получено б автор-ких свидетельств на изобретения.
Структура и о*ъем работы. Диссертация состоит из введения,
сти глав, выводов и приложений. Содержит 205 страниц основного зкста, включая 59 рисунков, 7 таблиц и библиографию из
34 наименований.