Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости (1185911), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Численное решение задачи определения трехмерного поля скорости в изгибающейся струе было получено с использованием й — е-модели турбулентности в [46]. Прн эгон вместе с уравнениями неразрывности и колнчестна лвпжснпз решались два дифференциальных уравнения для кинетической энергии турбулентности й и скорости ее днссипацни Б. Использовались стандартные значения эмпирических постоянных й — е-модели, рекомендованные в [34]; изменение значений этих постоянных для лучшего согласования с экспериментальными данными не проводилось, 72 7О О 2 б В х/~р Рис 8.10. Характер течения н задаче об изгибающейся струе [46] Рнс. 8.11. Расположение линии, проходящей через центр струи, при различных.
значениях отношения скорости струи к скорости набегающего потока [46]: Сплошные кривые — - результат расчета; тачки — зксперимеитлльиые деииые На рнс. 8.11 показаны результаты расчета положения линна, проходящей через центр струи, при различных значениях отношения Я скорости струи к скорости набегающего потока. Приведены также экспориментальньк данные [70, 29, 28]. Согласие результатов расчета с экспериментальнылти данными в пределах их разброса можно считать удовлетворительным. На рис. 8.!2 показано сравнение рассчвтанных профилей скорости при 11=2 г изморенными в [70]. В7ге 70 О О О О ач йв и/и Оч алнуиг Ор Ол итузк Ор овиуру Рис 8.12, Профили составляющей скорости вдоль осн а: с плошиые кривые — результат рвсчетз14Б1; точки — зкспервмев~ельиые данные 1701 139' Е.б.
САМОПЕРЕМЕШИВАМЩАЯСЯ СТРУЯ В ЭЖЕКТОРЕ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ТЯГИ Э>кектар для увеличения тяги является устройством, предназначенным для улучшения тяги основной струи путем засасывания воздуха из атмосферы. Одно из возможных применений такой эжектор находит в самолетах с вертикальныы или укороченным взлетом или посадкой. Для значителыюго увеличения тяги с помощью одиночных струй, вытекающих из щелевых сопл, требуются длинные смесительные каналы.
Так как такие дливные каналы непригодны для практического применения иа самолетах, для ускорения процесса смешения используется самоперемешивающее сопла. Ниже рассмотрены результаты численного исследования эжектора с самоперемешивающейся струей, полученные в 1!6]. На рис. 8.13 показаны схемы самоперемешивающего сопла и результирующее Рис. 8.13. Геометрия и поле течения самопере- мешивающейся струи 116) Рис.
8.14. Схема задачи для численного решения [16]: т — степка эжектора: 3 — плоскость скмметрнн; 3 — сопла; 4— плоскость межлу соплами; б— тарланое сечение; б — угол перемегенааннп струй поле течения. Выходной срез сопла разделен на несколько сегментов (сопл). Потокам, вытекающим из этих сегментов, придается вертикальная составляющая скорости, попеременно направленная вверх или вниз.
Схема этих потоков показана на вставке рис 8.13. Взаимодействие противоположных составляющих скорости приводит к формированию вихрей вниз по течевию от среза сопла, показанных стрелками в плоскости поперечного сечения на этом гке рисувке. Там же показаны профили составляющей скорости в направлении освовного течения. 140 Здесь приведены профили составляющей скорости по оси г в центральной плос- кости уз прп четырех значениях ггго.
Эти результаты также находятся в разум- ном соответствии. Видно, что максимумы скорости за соседними сегментами находятся соответственно выше или ниже центральной линии, а за перегородкой, разделяющей два сегмента, профиль скорости имеет два максимума. При численном исследовании рассматривался случай, когда самоперемешивающаися струя размещена в диффузоре [рис. 8.14), Расчет проводился на основе методики последовательного расчета трехмерного параб>олического течения. Использовалась модель турбулентности са стандартными значениями постоянных, данными в [34]. На рис, 8.15 приведено сравнение рассчитанных и измеренных профилей скорости. Видно, что все качестненные особенности поля течения, такие, как двой- гул ос«оспе е симметрии Плоскоспее мсмду соплами Рнс. 8.15. Сравнение рассчитанвых [сплошные кривые) и измеренных [штриховые) профнлей скорости [!6): а — хд.— 5', 6 — хи=та; в— «д=лз * а) др/ Б а,г уп рп зд ар худ !'нс 8.16.
Рост давления в диффузорс [16). Ся;„и.;в крпввя — реэупьээх рее еее, теякк — экскеряыек. .екые тэкяеы О аг Пр ББ и!ы, Б) Ба Да ПБ пули ной максимум мегкду соседиимн соплами, появление второго максимума вдоль поперечного сечения, проходящего вблизи центра отдельного сопла, и слияние обоих максимумов в областв далеко вниз по теченшо рассчитаны правильно; количественное совпадение результатов также довольно хорошее Увеличение тяги удобно характе[пезопать ростом даалсння по дщще днффузора.
На рнс. 8!6 дано сравнение результатов расчета возрастания давления в эжекторе с экспериментальными даппыхш, Мохено считать, что получено вполне удовлетворительное совпадение. 141 З.У. ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ПОЛНОСТЬМ РАЗВИТОЕ ТЕЧЕНИЕ В КАНАЛЕ Рассмотрим задачу расчета течения и тсплообмеиа при поперечном оотеканнн шахматной решетки. Такие конфнгурапни часто встречакттся в тсплообмспниках н устройствах для интенсификации теплообмена Легко видеть, что если бы в качестве расчетной областн рассматривалась вся область течения, состоящая из большого числа пластин, то необходимая память ЭВМ и время счета были бы очень большими. Приемлемый выход из полодссния можно найти, если учесть, что после некоторого начального участка поле скорости будет повторяться в каждом модуле, показанном на рис.
8.17 штриховой линней; некоторого рода подобие будет существовать также и для поля температуры. Таким образом, оставляя в стороне анализ начального участка, можно рассчитывать течение ы теплообмен только в показанном на рис. 8.17 типичном модуле. уб гб Ф Рис. 8 17. Попере шое обтекание шзхматдой решетки пластин (48] Рнс. 8.18, Результаты расчета поля течения прн Ре=.1040 1-18) Ралйеляюшпя лапая юляа С первого взгляда мозкет показаться, что расчет модуля затруднен тем, чтсв нам неизвестны значения скорости, температуры н т. д. на обеях границах модуля выпье н ниже по течению.
Однако эту трудность можно преодолеть. Выходя пз одного модуля, жидкость попадает в такой все соседний Таким образом, ситуация такова, как будто покинувшая модуль жидкость (каким-то образом) втекает в этот же сомьсй лсодуль с другого конца. С етой точки зрения обе боковые границы (выше и ниже по течению) не являются естественными границами; характер течения таков, как будто оно происходит в замкнутом контуре. Такого общего анализа достаточно для постановки задачи численного реше- ча зп Рнс.
8.19. Результаты расчета чисел Нуссельта (47]: т для передней паверхяастп плвстяям; Х вЂ” для тыльяай говерхвастп, 3 — лля обедя поверхяастей 20 УО в б гоп гоп «пп гвп йе 142 мия; подробно оца описана в [48). Характерное решение для выделенного модуля [рис. 8.17) показано па рпс. 8.18 в виде картины линий така.
Можно отметить довольно извилистый характер потока, огибающего поперечную пластину. Эта приводит к наличию большой области циркуляционного течения на подветренной стороне каждой пластины. Расчет теплообмена в этом случае при значении числа Прандтля, равном 0,7, дает показанные на рис. 8.19 зависимости числа Нуссельта от чпсла Рейпольдса. Более высокие значения числа Нуссельта иа передней цоверхпости пластин вызваны натекаписм потока, в то время как медленная циркуляция у тыльной поверхности приводит к намного меньшим значениям.
Увеличение числа Нуссельта с ростом числа Рейиольдса отличается от характера изменения теплообмена в обычном термическом начальном участке канала, где число Нусссльта не завнснт от числа Рейнольдса. .3.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАРОГЕНЕРАТОРА Этот последний пример включсн для иллюстрации возможностей проведения расчетов реальвога крупномасштабного индустриального оборудования и эффективного использования концепции анализа устройств с такой сложной конфигурацией, как у тсплоабмгнннкав, парогенераторов, конденсаторов и градирен, Концепция распределенных сопротивлений применима для тех случаев, когда жидкость течет через область, заполненную мнагачисленнычи твердыми объектами, такими, как стержни, трубы или переклалипы.
Такой поток рассматривается во многом аналогично течению в пористой среде с распределенными стоками количества движения и источниками или стоками теплоты, вызваннь>ми твердыми объектами. Значение распределенного сопротивления можно получить нз подробных расчетоп, таких, как в Г> 8.7, или непосредственно по змпирнчсскпм зависимостям, полученным для соатветс>вующих конфигураций. Проведенное в [59) теплогидравлическое исследование парогенератора было .выполнено для конфигурации, изображенной на рис.
8.20. Цилиндрическая оболочка равномерно заполнена трубами (на рисунка ве показаны). Горячая жидкость поднимается вверх по трубам в одной половине парогенератора, поворачивается в Ц-образных коленах наверху и течет вниз по второй половине паротенератора. В ни>иней части парогенератора, тле размещен зкономайзер, служащий для довсдения температуры потока воды до температуры насыщеия. В результате численного решения были получены распределения трех составляющих скорости, энтальпии жидкости в межтрубном пространстве н энтальпии (нли температуры) жидкости в трубах.
В рассмотренном случае вода в трубах оставалась в жидкой фазе вдоль всего тракта парогенератора, а ее массовый расход был известен из условий на входе. На рис. 8.21 показано поле скорости в центральной вертикальной плосности. Стрелками указаны направление скорости и ее зпачеяие. В целом скоРость, как это видно из рисунка,, по мере полъема жидкости по парогенератару возрастает; это вызвано уменьшением плотности в верхней части. Характер поля ~нарасти в нижнем левом углу рисунка указывает на наличие участка зигзагообразного течения через экономайзер. На рис 8.22 показано распределение паросолсржания в центральной вертикальной плоскости. Левый нижний угол оказался пустым, ввиду того что че- 143 рез зкономайзер в основном течет недогретая вода, В нелотг паросодер'канне в правой части (т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
