Исследование влияния неизотермичности плоского канала на характеристики дисперсного двухфазного потока
Выполнен расчет основных теплофизических и гидродинамических характеристик дисперсной двухфазной среды для гладкого канала в трехмерной постановке. Виконано розрахунок основних теплофізичних та гідродинамічних характеристик дисперсного двофазного середовища для гладкого каналу в тривимірній постанов...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61436 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование влияния неизотермичности плоского канала на характеристики дисперсного двухфазного потока / Б.И. Басок, С.С.Рыжков // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 5. — С. 15-21. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859592394982293504 |
|---|---|
| author | Басок, Б.И. Рыжков, С.С. |
| author_facet | Басок, Б.И. Рыжков, С.С. |
| citation_txt | Исследование влияния неизотермичности плоского канала на характеристики дисперсного двухфазного потока / Б.И. Басок, С.С.Рыжков // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 5. — С. 15-21. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Выполнен расчет основных теплофизических и гидродинамических характеристик дисперсной двухфазной среды для гладкого канала в трехмерной постановке.
Виконано розрахунок основних теплофізичних та гідродинамічних характеристик дисперсного двофазного середовища для гладкого каналу в тривимірній постановці.
Research of main thermalphysic and hydrodynamic characteristics of disperse dysphasic environment for the flat 3-D channel has been executed.
|
| first_indexed | 2025-11-27T16:32:31Z |
| format | Article |
| fulltext |
Downstream of Spherical and Cylindrical Dimple on
a Flat Plate at Low Reynolds Numbers // ASME
Paper No GT2004;53656. 2004.
15. Khalatov A.A., Byerley A., Seong�Ki Min &
Vincent R. Application of Advanced Techniques to Study
Fluid Flow and Heat Transfer Within and Downstream
of a Single Dimple // Материалы 5;го Международ;
ного форума по тепло; и массообмену. Минск:
Изд;во ИТМО АНБ. – 2004. – С. 1–20 (англ.).
16. Wighart K. Erhohung des Turbulenten Reib;
ungswidestandes Durch Oberflachen;Storungen //
Forschungshefte fur Schiffstechnikю – 1953. – No 1. –
pp. 65– 81.
17. Hiwada M., Kawamura T., Mbuch J., &
Kumada M. Some Characteristics of Flow Pattern
and Heat Transfer Past a Cylindrical Cavity //
Bulletin of JSME. – 1983. – Vol. 26. – No 220. – pp.
1744 –1758.
18. Kovalenko G.V., Khalatov A.A. Fluid Flow and
Heat Transfer Features at a Cross;Flow of Dimpled
Tubes in a Confined Space // ASME Paper No
GT2003;38155. 2003.
19. Isaev S.A., Leont’ev A.I., Zhdanov V.I.
Simulation of Tornado;Like Heat Transfer at Flow
Passing a Relief with Dimples // Heat Transfer;2002.
– Proceedings of 12th International Heat Transfer
Conference. Grenoble, France. – pp. 735–738.
20. Ligrani P.M., Oliveira M.M., Blaskovich T.
Comparison of Heat Augmentation Techniques //
AIAA Journal. – 2003. – Vol. 41. – No 3. –
pp. 337–362.
21. Ligrani P.M., Harrison J.L., Mahmood G.I.,
Hill M.L. Flow Structure due to Dimple Depression
on a Channel Surface // Physics of Fluids. – 2001. –
Vol.13. – No11. – pp. 3442–3451.
22. Burgess N.K., Ligrani P.M. Effects of Dimple
Depth on Nusselt Numbers and Friction Factors for
Internal Cooling in a Channel // ASME Paper No
GT2004;54232. 2004.
23. Coleman H., Steele G. Experimentation and
Uncertainty Analysis for Engineers. ;John Wiley &
Sons. New York, NY. 2d Edition. – 1999. – 275p.
Получено 13.07.2006 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 5 15
ТЕПЛО+ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 629.12.03
БАСОК Б.И., РЫЖКОВ С.С.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕИЗОТЕРМИЧНОСТИ
ПЛОСКОГО КАНАЛА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ
ДИСПЕРСНОГО ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА
Виконано розрахунок основних теп+
лофізичних та гідродинамічних характе+
ристик дисперсного двофазного сере+
довища для гладкого каналу в
тривимірній постановці. Встановлено
відсутність впливу перепаду температур
до 80 oС на розподіл швидкості, кінетич+
ної енергії турбулентності і статичного
тиску та встановлено вплив на концент+
рацію дисперсної фази двофазного се+
редовища в каналі. Основне зниження
концентрації дисперсної фази двофаз+
ного середовища (більше 95 %) відбу+
вається за рахунок осадження часток на
верхній і нижній стінках каналу. Осад+
Выполнен расчет основных тепло+
физических и гидродинамических ха+
рактеристик дисперсной двухфазной
среды для гладкого канала в трехмер+
ной постановке. Установлено отсутст+
вие влияния перепада температур до
80 oC на распределение скорости, кине+
тической энергии турбулентности и ста+
тического давления, и установлено вли+
яние на концентрацию дисперсной
фазы двухфазной среды в канале. Ос+
новное снижение концентрации дис+
персной фазы двухфазной среды (бо+
лее 95 %) происходит за счет
осаждения частиц на верхней и нижней
Research of main thermalphysic and
hydrodynamic characteristics of disperse
dysphasic environment for the flat 3+D
channel has been executed. Temperature
drop –up to 80 oC do not influence on
velocity distribution, Turbulent kinetic
energy, static pressure but influence on
concentration of disperse dysphasic
environment in the channel. Main con+
centration decrease of disperse dyspha+
sic environment (up to 95%) happens
with the help of particles sedimentation
on the up and down channel walls.
Sedimentation on the back wall could not
be taken into consideration and it is pos+
Введение
В настоящее время особо актуальной является
проблема энергоресурсосбережения. Разработка
методов интенсификации переноса дисперсной
фазы в элементах тепломассообменного обору;
дования позволяет снизить его габариты и эко;
номить энергетические и материальные ресурсы.
Для осуществления методов интенсификации
переноса массы необходимо исследовать гидро;
динамические и теплофизические характеристи;
ки дисперсных двухфазных потоков.
Методы исследований
Исследования проводились с помощью про;
граммного моделирования на основе разработан;
ной для расчета теплофизических и гидродинами;
ческих характеристик дисперсного двухфазного
неизотермического потока модели с использова;
нием уравнения напряжений Рейнольдса [1].
Расчетная сетка канала строилась с помощью
прямоугольных сегментов, формирующих мно;
жество кубов, и имела следующую геометрию:
длина X = 200 мм, высота Z = 10 мм, ширина
Y = 50 мм (рис. 1).
Пространственный канал представляет собой
элемент устройства для улавливания дисперсной
фазы из дисперсионной среды в виде плоской
трехмерной струи, вытекающей из щели толщи;
ной 10 мм и разворачивающейся на 90 градусов.
Подобные элементы используются в импакторах
для измерения дисперсного состава частиц [2] и в
качестве ступеней газоочистных устройств [3].
16 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 5
ТЕПЛО+ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Cвых – выходная концентрация аэрозоля;
G – удельный массовый поток частиц;
K – кинетическая энергия турбулентности;
P – давление;
Т – температура;
U – скорость;
X, Y, Z – координаты;
ηΣ – суммарный коэффициент улавливания частиц.
ження часток на бічній стінці можна не
враховувати й використовувати дво+
мірну модель каналу.
стенках канала. Осаждение частиц на бо+
ковой стенке можно не учитывать и ис+
пользовать двухмерную модель канала.
sible to use two+dimensional channel
model.
Рис. 1. Схема плоского канала. а – 3�D модель сетки; б – пристенный слой сетки; в – геометрия канала.
в
Для повышения точности расчетов кубические
сегменты имели очень маленькую площадь
S = 125 · 10–12 м3. Пристенный слой на поверх;
ности канала в разностной сетке был смоделиро;
ван с помощью прямоугольных сегментов так,
что высота каждого прямоугольника пропорцио;
нально уменьшалась к стенке (рис. 1). Высота
ближайшего к стенке сегмента составляла
h = 0,005 мм, что позволяло делать расчеты с не;
обходимой точностью. Представление результатов
расчета для плоского гладкого канала проводили
по аналогии с исследованиями цилиндрического
[1]. Входная температура двухфазной среды при;
нималась 100 oC, а стенок канала 20 oC. Это обес;
печивало перепад температур ΔT до 80 oC. Входная
концентрация дисперсной фазы (аэрозольных
частиц) составляла 100 мг/м3, расчетный мини;
мальный диаметр частиц 1·10–6 м, а максималь;
ный 3·10–6 м. Исследовался диапазон начальных
скоростей от 1 до 7 м/с. Для точности расчетов в
программном пакете использовался критерий
сходимости 10–4 для переменных скорости, усло;
вия неразрывности, кинетической энергии тур;
булентности и напряжений Рейнольдса, а для
энергии – 10–7.
Результаты исследований
Было исследовано влияние неизотермичности
на изменение скорости в канале. Температура по;
тока в расчетном интервале незначительно влия;
ет на распределение полей скорости. При
ΔТ = 80 oС, как и при ΔТ = 0 oС, скорость в цен;
тре канала остается практически одинаковой
(рис.2, а).
Характерным является то, что скорость потока
после разворота плоской струи в канале на рас;
стоянии 1,5 ширины струи начинает увеличи;
ваться по сравнению со своей начальной скоро;
стью истечения и превышает последнюю в 1,5
раза до половины высоты канала (рис. 2, а). Это
обусловлено возникновением циркуляционной
зоны сразу за срезом сопла, которая прижимает
основной поток и перекрывает сечение канала,
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 5 17
ТЕПЛО+ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
а
б
Рис. 2. Гидродинамические и теплофизические характеристики в трехмерном плоском канале в
цветовой цифровой гамме при начальной скорости U0 = 3 м/с. Обозначения: а – распределение скорости
в канале; б – распределение кинетической энергии турбулентности К.
что отмечено в исследованиях [4]. Это хорошо
видно на рис. 2, а в виде зон пониженных скоро;
стей. В дальнейшем скорость потока начинает
выравниваться по длине канала.
Подтверждением вихревой зоны возле верх;
ней поверхности сразу за срезом струи является
характер распределения кинетической энергии
турбулентности K (рис. 2,б). Именно в этой зоне
наблюдаются повышенные значения турбулент;
ности, которые в 4…5 раз выше, чем у нижней
поверхности канала, что свойственно вихревым
структурам. Также характер распределения кине;
тической энергии турбулентности K и распреде;
ление статического давления не зависят от иссле;
дуемого перепада температуры. Распределение
кинетической энергии турбулентности К для раз;
личных скоростей обтекания имеет одинаковый
характер. Максимальные значения К наблюда;
ются в начале канала, после разворота струи. На;
личие вихревых структур в верхней части хорошо
видно по зонам отрицательного статического
давления (рис. 3).
Распределение статического давления в плос;
ком гладком канале имеет одинаковый характер
для разных скоростей и подобно обтеканию ци;
линдрического канала. Максимальное давление
возникает перед поворотом струи на входе из
сопла в канал.
На рис. 4 представлено изменение скорости по
длине и ширине канала при начальной скорости
U0 = 3 м/с на расстоянии 5 мм от нижней стенки
канала в трехмерной постановке. При повороте
струи газа и достижении 12 мм длины канала ско;
рость потока возрастает и достигает 4,5 м/с вместо
начальной 3 м/с. Это подтверждает данные расче;
тов для двухмерной задачи [1]. Возникающие в зо;
не циркуляции вихревые образования не имеют
постоянных размеров и влияют на размеры про;
ходного сечения по ширине канала, что вызывает
незначительное колебание скорости.
18 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 5
ТЕПЛО+ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 3. Распределение статического давления в
области пристенного течения и в центре канала
при U0 = 3 м/с. Обозначения: 1 – в центре канала;
2, 3 – на расстояниях 1 мм от стенки канала.
Рис. 4. Изменение скорости в трехмерном
плоском канале. Обозначения: а – по длине и
ширине в центре канала по высоте (Z = 5 мм) при
начальной скорости U0 = 3 м/с; б – при Y = 25 мм;
1 – в центре канала; 2, 3 – на расстоянии 1 мм
от верхней и нижней стенок (см. схему на рис. 1).
а
б
В дальнейшем по мере продвижения потока
происходит его выравнивание по сечению с до;
стижением начальной скорости.
Был выполнен расчет температурного поля
для перепада температур ΔT = 80 oC. На рис. 5
представлено распределение температурного по;
ля в канале в виде цифровой цветовой гаммы
при начальных скоростях U0 = 0,5; 3,0; 5,0;
7,0 м/с. Как видно из рис. 5, 6, распределение тем;
пературного поля в канале зависит от скорости
дисперсного двухфазного потока. При U0 = 0,5 м/с
в центре канала температура уменьшается на
25 оС, а при U0 = 7 м/с – всего на 8 оС. В пристен;
ном слое на расстоянии 0,5 мм от стенки канала
при U0 = 0,5 м/с температура снижается на 46 оС,
а при U0 = 7 м/с – всего на 24 оС.
Одной их характеристик дисперсной двухфаз;
ной среды является концентрация аэрозольных
частиц Свых , которая изменяется при движении в
канале за счет осаждения частиц под действием
сил различной природы – инерции, турбофореза,
термофореза, тяжести и др. Для исследования из;
менения концентрации дисперсной фазы двух;
фазного потока производился ее расчет на выхо;
де из канала при заданной входной (100 мг/м3)
(рис. 7).
Как показали результаты расчета, наибольшее
влияние перепада температур (сил термофореза)
на движение частиц дисперсной фазы наблюда;
ется при малых скоростях. При увеличении ско;
рости потока увеличивается влияние на дисперс;
ную фазу инерционных и турбофоретических
сил, а эффект от термофореза снижается. Увели;
чение скорости приводит к росту энергетических
затрат и возможному вторичному уносу дисперс;
ной фазы. Так, при U0 = 1 м/с Свых = 91,8 мг при
ΔТ = 0 оС и Свых = 87,1 мг при среднем перепаде
ΔТ = 80 оС. При начальной скорости U0 = 7 м/с
неизотермичность незначительно влияет на сни;
жение концентрации масляного аэрозоля в рабо;
чем канале. Так, при ΔТ = 80 оС Свых = 84,0 мг, а
при ΔТ = 0 оС Свых = 81,8 мг.
На рис. 8 представлено влияние скорости на
удельный массовый поток частиц, направленный
к стенкам G, кг/м2·с. Как видно из графика, осаж;
дение на боковую стенку составляет 1,6%. Над;
бавка суммарного осаждения аэрозольных частиц
за счет теплового эффекта составляет на верхней
стенке при U0 = 1 м/с – G = 1,785·10–7 кг/м2·с, а
при U0=7 м/с – G = 0,651 10–7 кг/м2·с. На нижней
стенке при U0=1 м/с – G = 1,812·10–7 кг/м2·с, а при
U0=7 м/с ; G = 0,992·10–7 кг/м2·с соответственно.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 5 19
ТЕПЛО+ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 5. Распределение температурного поля в трехмерном плоском канале в цветовой цифровой гамме
при Тнач =100 оС.
20 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 5
ТЕПЛО+ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Рис. 6. Распределение температурного поля в области пристенных течений и в центре канала при
начальной скорости U0 = 0,5 м/с. Обозначения: 1 – центр канала, 2, 3 – 1 мм на расстоянии от стенок.
Рис. 7. График изменения концентрации дисперсной фазы на выходе из канала в зависимости от
начальной скорости потока и степени охлаждения стенок. Обозначения: 1 – T = 0 oC, 2 – T = 80 oC.
Рис. 8. Влияние скорости на удельный массовый поток частиц к стенкам G, кг/м2·с. Обозначения:
а – при перепаде температур T = 80 оC, б – без охлаждения, 1 – осаждение на нижнюю стенку,
2 – осаждение на верхнюю стенку, 3 – осаждение на боковую стенку.
а б
Расчеты показали, что для исследования плос;
кого гладкого канала возможно использование
как трехмерной, так и двухмерной модели. Для
упрощения расчета возможно пренебречь осаж;
дением частиц на боковой стенке.
Выводы
1. Выполнен расчет основных теплофизиче;
ских и гидродинамических характеристик дис;
персной двухфазной среды для гладкого канала в
трехмерной постановке на основе созданной теп;
лофизической модели [1].
2. Интервал перепада температур до 80 oC не
влияет на распределение скорости, кинетичес;
кой энергии турбулентности K и статического
давления дисперсной двухфазной среды.
3. Перепад температур (силы термофореза)
влияет на концентрацию дисперсной фазы двух;
фазной среды при ее прохождении в канале. Уве;
личение скорости потока повышает влияние
инерционных и турбофоретических сил, а сни;
жение – термофоретических.
4. Основное снижение концентрации дис;
персной фазы двухфазной среды (более 95 %)
происходит за счет осаждения частиц на верхней
и нижней стенках канала. Для упрощения расче;
тов осаждение частиц на боковой стенке можно
не учитывать и перейти к двухмерной модели ка;
нала.
ЛИТЕРАТУРА
1. Басок Б.И., Авраменко А.А., Рыжков С.С.
Исследование влияния температуры на процесс
улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля
в гладком канале // Промышленная теплотехни;
ка. – 2005. – Т. 23, №4–5. – С. 141–145.
2. П. Райст. Аэрозоли. Введение в теорию //
Мир. – 1987. – С. 34–40.
3. Ryzhkov S.S. “Jet; contact separator of
exhaust gases of ship engines”/ Proceedings of the
third international conference on marine industry//
Varna: Bulgaria, 2001. – 2. – P. 137 – 145.
4. М. Ван�Дайка. Течение жидкости и газа /
Москва. Мир. – 1986. – 114 с.
5. Рыжков С.С., Басок Б.И. Экологические
ресурсосберегающие технологии для промыш;
ленной теплотехники на основе дисперсных
двухфазных сред // Промышленная теплотехни;
ка. – 2001. – Т. 23, №4–5. – С. 141–145.
6. Рижков С.С., Харитонов Ю.М., Благодат�
ний В.В. Методи очищення повітряного середо;
вища від забруднень: Методичні вказівки. / Ми;
колаїв: УДМТУ. – 2002. – 56 с.
7. Басок Б.И., Рыжков С.С (мл) Термофоре;
тическая очистка воздуха в энергетическом обо;
рудовании. // Промышленная теплотехника. –
2003. – Т. 25, №5. – С. 45–50.
Получено 19.01.2006 г.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 5 21
ТЕПЛО+ И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 532.5: 536.24
ТЫРИНОВ А.И.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ВЕРИФИКАЦИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ k+ε МОДЕЛЕЙ
ТУРБУЛЕНТНОСТИ НА ОСНОВЕ ТЕПЛООБМЕННЫХ
ПРОЦЕССОВ В ИМПАКТНОЙ СТРУЕ
У роботі проведено апробацію трьох
різновидів k+ε моделі турбулентності:
“standard”, “RNG”, “realizable”. Виконано
чисельне моделювання термо+ та гідро+
динамічних процесів, що відбуваються
В работе проведена апробация трех
разновидностей k+ε модели турбулент+
ности: “standard”, “RNG”, “realizable”.
Произведено численное моделирова+
ние термо+ и гидродинамических про+
The approbation of three varieties k+ε
model of turbulence is carried out: “stan+
dard”, “RNG”, “realizable”. The numerical
simulation of thermo and fluid flow
processes in impact water jet is per+
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61436 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T16:32:31Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Басок, Б.И. Рыжков, С.С. 2014-05-05T14:14:44Z 2014-05-05T14:14:44Z 2006 Исследование влияния неизотермичности плоского канала на характеристики дисперсного двухфазного потока / Б.И. Басок, С.С.Рыжков // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 5. — С. 15-21. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61436 629.12.03 Выполнен расчет основных теплофизических и гидродинамических характеристик дисперсной двухфазной среды для гладкого канала в трехмерной постановке. Виконано розрахунок основних теплофізичних та гідродинамічних характеристик дисперсного двофазного середовища для гладкого каналу в тривимірній постановці. Research of main thermalphysic and hydrodynamic characteristics of disperse dysphasic environment for the flat 3-D channel has been executed. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные процессы Исследование влияния неизотермичности плоского канала на характеристики дисперсного двухфазного потока Research of non-isothermal characteristics in the flat channel of disperse dysphasic stream Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование влияния неизотермичности плоского канала на характеристики дисперсного двухфазного потока Басок, Б.И. Рыжков, С.С. Тепло- и массообменные процессы |
| title | Исследование влияния неизотермичности плоского канала на характеристики дисперсного двухфазного потока |
| title_alt | Research of non-isothermal characteristics in the flat channel of disperse dysphasic stream |
| title_full | Исследование влияния неизотермичности плоского канала на характеристики дисперсного двухфазного потока |
| title_fullStr | Исследование влияния неизотермичности плоского канала на характеристики дисперсного двухфазного потока |
| title_full_unstemmed | Исследование влияния неизотермичности плоского канала на характеристики дисперсного двухфазного потока |
| title_short | Исследование влияния неизотермичности плоского канала на характеристики дисперсного двухфазного потока |
| title_sort | исследование влияния неизотермичности плоского канала на характеристики дисперсного двухфазного потока |
| topic | Тепло- и массообменные процессы |
| topic_facet | Тепло- и массообменные процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61436 |
| work_keys_str_mv | AT basokbi issledovanievliâniâneizotermičnostiploskogokanalanaharakteristikidispersnogodvuhfaznogopotoka AT ryžkovss issledovanievliâniâneizotermičnostiploskogokanalanaharakteristikidispersnogodvuhfaznogopotoka AT basokbi researchofnonisothermalcharacteristicsintheflatchannelofdispersedysphasicstream AT ryžkovss researchofnonisothermalcharacteristicsintheflatchannelofdispersedysphasicstream |