Погрешность расчета параметров двухфазной турбулентной струи при использовании одножидкостной математической модели

Ю.В. Зуев

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), г. Москва, 125993, Россия

Полный текст PDF
DOI: 10.26907/2541-7746.2020.4.411-425

Для цитирования: Зуев Ю.В. Погрешность расчета параметров двухфазной турбулентной струи при использовании одножидкостной математической модели // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2020. – Т. 162, кн. 4. – С. 411– 425. – doi: 10.26907/2541-7746.2020.4.411-425.

Аннотация

Статья посвящена определению условий, при которых для расчета двухфазной турбулентной неизотермической струи может применяться упрощенная односкоростная однотемпературная (одножидкостная) математическая модель, позволяющая определять среднемассовые скорости и температуры гетерогенной среды. Методом исследования является математическое моделирование с использованием разработанной математической модели неравновесной по скоростям и температурам двухфазной струи. Актуальность исследования определяется тем, что при решении многих прикладных задач в различных областях техники необходимо знать параметры двухфазных струйных течений, для определения которых желательно иметь простые математические модели. В результате расчетов, выполненных с помощью приведенной математической модели двухфазной турбулентной неравновесной струи, в критериальном виде получены зависимости, которые позволяют оценить максимальную погрешность расчета параметров двухфазного струйного течения при использовании одножидкостной модели.

Ключевые слова: двухфазная струя, газ, частицы, математическое моделирование, выбор математической модели, точность расчетов

Литература

  1. Elghobashi S. Particle-laden turbulent flows: Direct simulation and closure models // Appl. Sci. Res. – 1991. – V. 48, No 3–4. – P. 301–314. – doi: 10.1007/BF02008202.
  2. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А. Влияние межфазного конвективного теплообмена на параметры двухфазной турбулентной струи // Матем. моделирование. – 2013. – Т. 25, № 5. – С. 44–54.
  3. Зайчик Л.И., Першуков В.А. Проблемы моделирования газодисперсных турбулентных течений с горением или фазовыми переходами // Изв. РАН. Сер. МЖГ. – 1996. – № 5. – С. 3–19.
  4. Вараксин А.Ю. Турбулентные течения газа с твердыми частицами. – М.: Физматлит, 2003. – 192 с.
  5. Вараксин А.Ю. Столкновения в потоках газа с твердыми частицами. – М.: Физматлит, 2008. – 312 с.
  6. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Решетников В.А., Истомин Е.А. Выбор критериев и определение их значений для оценки характера взаимодействия фаз в двухфазных турбулентных струях // Вестн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». – 2012. – № 1. – С. 42–54.
  7. Picano F., Sardina G., Gualtieri P., Casciola C.M. Anomalous memory effects on transport of inertial particles in turbulent jets // Phys. Fluids – 2010. – V. 22, No 5. – Art. 031005PHF, P. 1–4. – doi: 10.1063/1.3432439.
  8. Зуев Ю.В. Об использовании критерия Стокса при математическом моделировании двухфазных струйных течений // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2019. – Т. 161, кн. 3. – С. 341–354. – doi: 10.26907/2541-7746.2019.3.341-354.
  9. Gavin L.B., Naumov V.A., Shor V.V. Numerical investigation of a gas jet with heavy particles on the basis of a two-parameter model of turbulence // J. Appl. Mech. Tech. Phys. – 1984. – V. 25, No 1. – P. 56–61. – doi: 10.1007/BF00916866.
  10. Mostafa A.A., Mongia H.C., McDonell V.G., Samuelsen G.S. Evolution of particle-laden jet flows – A theoretical and experimental study // AIAA J. – 1989. – V. 27, No 2. – P. 167–183. – doi: 10.2514/3.10079.
  11. Barba F.D., Picano F. Clustering and entrainment effects on the evaporation of dilute droplets in a turbulent jet // Phys. Rev. Fluids. – 2018. – V. 3, No 3. – Art. 034304, P. 1–25. – doi: 10.1103/PhysRevFluids.3.034304.
  12. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред: в 2 ч. – М.: Наука, 1987. – Ч. 1. – 464 с.
  13. Хинце И.О. Турбулентность, ее механизм и теория. – М.: Физматгиз, 1963. – 680 с.
  14. Стернин Л.Е., Шрайбер А.А. Многофазные течения газа с частицами. – М.: Машиностроение, 1994. – 320 с.
  15. Теория турбулентных струй / Г.Н. Абрамович, Т.А. Гиршович, С.Ю. Крашенинников, А.Н. Секундов, И.П. Смирнова; Под ред. Г.Н. Абрамовича. – М.: Наука, 1984. – 716 с.
  16. Крашенинников С.Ю. К расчету осесимметричных закрученных и незакрученных турбулентных струй // Изв. АН СССР. Cер. МЖГ. – 1972. – № 3. – С. 71–80.
  17. Шрайбер А.А., Гавин Л.Б., Наумов В.А., Яценко В.П. Турбулентные течения газовзвеси. – Киев: Наукова думка, 1987. – 240 с.
  18. Самарский А.А. Теория разностных схем. – М.: Наука, 1989. – 616 с.
  19. Картушинский А.И., Фришман Ф.А. О миграционном переносе в двухфазной струе // Струйные течения жидкостей и газов: Тез. Всесоюз. науч. конф.: в 3 ч. – Новополоцк: Новополоцкий политехн. ин-т. – 1982. – Ч. 3. – С. 22–28.
  20. Гавин Л.Б., Мульги А.С., Шор В.В. Численное и экспериментальное исследование неизотермической турбулентной струи с тяжелой примесью // Инж.-физ. журн. – 1986. – № 5. – С. 736–742.

Поступила в редакцию

31.08.2020

 

Зуев Юрий Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры «Теория воздушно-реактивных двигателей»

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) Волоколамское шоссе, д. 4, г. Москва, 125993, Россия

E-mail: yuri_zuev@bk.ru

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.