Теплообмен и гидродинамика

Теплообмен и гидродинамика

Теплообмен и гидродинамика

Различные гидродинамические процессы протекают в особых условиях. Тогда уже к знакомым физическим явлениям, основанным на гидродинамике тел, присоединяется теплообмен между изучаемыми объектами. Подобные процессы можно зафиксировать:

  • в условиях свободной конвекции жидкости;
  • в полях массовых сил;
  • в реакторной установке атомной электростанции.

Гидродинамика и теплообмен в условиях свободной конвекции жидкости

Подобные процессы можно представить в виде определенной математической модели, где главным является рассмотрение теоретического решения задачи. Оно необходимо для определения профиля скоростей при осуществлении ламинарного движения жидкости.

Все действия происходят в цилиндрическом вертикальном устройстве, где создаются условия свободной конвекции.

Это явления имеет специфические признаки, так как различается по плотности в процессе изменения температурного режима, производимого в объеме аппарата.

После проведение расчетов исследователи получают два основополагающих уравнения. Они способны в полной мере описать профиль локальной скорости по радиусу аппарата в нисходящей и восходящей зонах движения жидкости. Также существует особый метод поиска радиуса.

Он складывается из установленного ранее условия равенства расходов жидкости в рассматриваемых зонах. Этот радиус определяет внешнюю границу между разными зонами.

Таким образом, ламинарный режим течения станет удовлетворять условиям задачи при разности температур на стенке в центральной зоне аппарата.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

В результате получают ряд зависимостей. Они напрямую связаны между жидкостью и физическими свойствами, которые максимально приближены к характерным чертам простой воды. Все действия имеют смысл, если происходит изменения температуры по радиусу рассматриваемого аппарата по линейному закону. Режим течения в реальных условиях станет турбулентным.

При решении задачи теплообмена между жидкостью и стенкой аппарата. В жидкости должны взаимодействовать и развиваться дрожжевые клетки. Все происходит в нестандартных условиях развитой турбулентности.

Для решения подобной задачи необходимо воспользоваться полуэмпирическим методом.

Он основан на определенной аналогии, связанной с переносом количества теплоты и движения и трехслойной модели турбулентного потока.

Также необходимо ввести понятие закона четвертой степени затухания пульсаций, возникающих при турбулентных явлениях. Их обычно фиксируют в пристеночном слое аппарата, на котором проводится исследование.

Если необходимо произвести расчеты с использованием динамической скорости, существует уравнение, где удельная тепловая мощность берется за определяющую величину.

Он находится в зависимости от скорости прироста биологической массы.

Дополнительно для рассмотрения всего процесса вводят математическую модель зависимости скорости переноса количества движения от скорости протекания биологических процессов в дрожжевых клетках.

Однако для всестороннего исследования необходимо уточнение численного значения эмпирического коэффициента, а также профиля температур в поперечном сечении аппарата.

Это предполагается проведение дополнительных опытов.

Гидродинамика и теплообмен в реакторной установке

Рисунок 1. Реакторы идеального смешения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Исследователи рассматривают в качестве наглядной модели гидродинамических процессов с теплообменом работу реакторной установки на атомной электростанции. Существует ряд обоснований по возможности создания реактора с саморегуляцией, который имеет весьма небольшую тепловую мощность. Такие установки характеризуются большим сроком эксплуатации, которая может достигать шестидесяти лет.

Замечание 1

Подобные реакторные установки характеризуются низким давлением в первом контуре охлаждения, а также обладают непревзойденной возможностью по передаче тепла от ядерного топлива установленному теплоносителю в первом контуре. Все операции проводятся за счет свойств теплопроводности.

В процессе обоснования первого контура реакторной установки выполняется ряд необходимых технологических решений. Среди них выделяют следующие требования:

  • температурный режим у потребителей не может превышать отметку в 80 градусов по шкале Цельсия;
  • температура теплоносителя в номинальном режиме становится ниже температуры кипения в условиях работы установки;
  • в активной зоне максимальные значения температуры рабочего топлива не могут превышать установленные предельно допустимые показатели;
  • в контурах системы не может быть высокое давление;
  • у реактора применяется приемлемые габариты;
  • установлены основные параметры и размеры для тягового участка контура, который используется при естественной циркуляции;
  • имеет значение площади поверхности теплообмена на теплообменниках в первом и втором контуре;
  • предоставлена возможность надежного отвода тепла от реактора в переходных и аварийных режимах рабочего процесса всей реакторной установки.

Теплообмен и гидродинамика в полях массовых сил

Рисунок 2. Гидродинамика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Вращающиеся системы обычно часто можно встретить в различных паровых или газовых турбинах, а также на объектах энергетики, теплоэнергетики, двигателях внутреннего сгорания, авиационных двигателях, химической промышленности и иных промышленных массообменных аппаратах.

Сегодня исследователи собрали достаточно большой опыт по экспериментальным данным, где устанавливаются локальные и интегральные параметры теплообмена для разных вращающихся устройств и систем в гидродинамике. Теоретический уровень оказался не столь значителен, поэтому стали вырабатываться различные подходы к моделированию вращающихся течений.

Они возникали на уровне точных самостоятельных моделей математических решений. Среди них выделяют уравнения Навье-Стокса. Энергии в численном виде для многих важных задач, но для ряда задач возможные автомодельные формы уравнений и энергии оказались не найденными. Поэтому для поиска результата принято разрабатывать дополнительные исследования.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/mehanika_sploshnyh_sred/teploobmen_i_gidrodinamika/

Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков в каналах ядерно-энергетических установок, Митрофанова О.В., 2010

Теплообмен и гидродинамика

  • Книги и учебники →
  • Книги по физике

Купить бумажную книгуКупить и скачать электронную книгуНайти похожие материалы на других сайтахПодробнее о текущей странице / More about this page Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков в каналах ядерно-энергетических установок, Митрофанова О.В., 2010.      Монография посвящена проблеме моделирования процессов гидродинамики и теплообмена сложных закрученных течений вязкой несжимаемой жидкости в каналах с закручивающими устройствами. Рассмотрены физические особенности турбулентных закрученных потоков, выявлены факторы, влияющие на вихревую структуру течения теплоносителей, гидравлическое сопротивление и теплообмен в каналах ядерно-энергетических установок (ЯЭУ). Основой физико-математического моделирования является комплексное решение проблем пространственного осреднения уравнений динамики сплошной среды для каналов сложной геометрии, описания граничных условий, эффективных коэффициентов переноса и формулировки замыкающих соотношений, полученных в результате экспериментального подтверждения принимаемых физических моделей и гипотез. Для научных работников, инженеров, аспирантов и студентов физических факультетов университетов, чьи интересы связаны с теплофизикой, механикой жидкости и газа и процессами теплообмена в технических и природных системах.

Отрыв и присоединение потока.

С точки зрения снижения гидравлических потерь при интенсификации теплообмена с помощью закручивающих устройств при турбулентном режиме течения наибольший интерес для исследования представляют завихрители, не приводящие к большому загромождению канала.

Анализу условий, необходимых для создания эффективных поверхностей теплообмена при турбулентном течении теплоносителя посвящены монографии Э.К. Калинина и Г.А. Дрейцера с соавторами [24, 57].

Как уже отмечалось выше, одним из основных механизмов интенсификации теплообмена при турбулентном режиме течения теплоносителя является дополнительная турбулизация пристенного слоя, в котором сосредоточено основное термическое сопротивление.

По данным работы [57], толщина этого слоя для режимов развитого турбулентного течения составляет 3-5% от радиуса трубы. В настоящее время широкое распространение получили два способа управляющего воздействия на структуру пристенного слоя при турбулентном течении жидкости.

Это создание у стенки отрывных зон за счет периодического расположения турбулизаторов в виде обтекаемых выступов (ребер, навивок, шероховатостей т. п.) и формирование когерентных вихревых структур за счет профилирования поверхности в форме трехмерных углублений (лунок, каверн).

Положительное влияние турбулизаторов на теплообмен было отмечено Ройдсом [58] еще в 1921 г., и с тех пор изучению этого влияния было посвящено множество работ различных исследователей. Активные исследования вихревой структуры течения и теплоотдачи при обтекании лунок, начались относительно недавно и предпринимаются в нашей стране в основном на протяжении последнего десятилетия [59, 60].

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие  

Глава 1 Современное состояние исследований в области изучения гидродинамики и теплообмена закрученных потоков в каналах с завихрителями

1.1. Введение 1.2. Виды завихрителей и их применение для интенсификации теплообмена  1.3. Физические особенности турбулентных закрученных потоков в каналах с завихрителями  1.3.1. Вопросы терминологии (20). 1.3.2. Основные закономерности закрученных течений. Связь интенсивности закрутки потока с формированием поля скорости закрученного течения в канале (24). 1.3.3. Вторичные течения (30). 1.3.4. Отрыв и присоединение потока (37).1.4. Факторы, влияющие на вихревую структуру потока, гидравлическое сопротивление и теплообмен в каналах с завихрителями1.4.1. Форма завихрителей (46). 1.4.2. Загромождение канала (52). 1.4.3. Степень турбулентности потока (55). 1.4.4. Шаг расположения закручивающих элементов и угол скоса потока (58). 1.4.5. Продольная кривизна (63).1.5. Современное состояние проблемы расчетного моделирования сложных турбулентных течений 1.5.1. Использование моделей турбулентности для расчета криволинейных и закрученных течений (67). 1.5.2. Различные подходы к построению расчетных методов сложных турбулентных течений (73).1.6. Опыт разработки инженерных методов расчета для каналов сложной геометрии с закруткой потока 1.7. Выводы

Глава 2. Теоретические основы математического моделирования гидродинамики и теплообмена в каналах с закручивающими устройствами

2.1. Принципы расчетного моделирования 2.2. Постановка задачи. Вывод расчетных уравнений 2.2.1. Система исходных уравнений (89). 2.2.2. Процедура пространственного осреднения (95). 2.2.3. Уравнения для осредненных компонент скорости и давления (99). 2.2.4. Осреднение уравнения энергии (103).2.3. Формулировка замыкающих феноменологических соотношений2.3.1. Описание силового воздействия завихрителей на поток (107). 2.3.2. Описание компонент тензора сопротивления (109). 2.3.3. Моделирование эффективного переноса в каналах с завихрителями (112).

Глава 3. Метод расчета гидродинамики и теплообмена для кольцевых каналов со спиральными завихрителями

3.1. Постановка задачи 3.2. Гидродинамический расчет кольцевых каналов с непрерывными по длине спиральными завихрителями 3.2.1. Оценка эффективной вязкости (120). 3.2.2. Вычислительный алгоритм метода гидротеплового расчета (125).3.3. Расчет теплообмена в кольцевых каналах с завихрителями3.3.1. Уравнение теплового баланса (129). 3.3.2. Интегральные соотношения в форме интегралов Лайона для расчета теплоотдачи в кольцевых каналах с завихрителями при произвольном соотношении тепловых нагрузок (133).3.4. Гидротепловой расчет винтообразных каналов 3.5. Верификация расчетного метода. Сравнение результатов расчетов и экспериментов Выводы к главе 3

Глава 4. Метод расчета гидродинамики и теплообмена в трубах с локальными завихрителями

4.1. Постановка задачи. Вывод расчетных уравнений 4.1.1. Введение (160). 4.1.2. Вывод интегральных уравнений (162). 4.1.3. Описание профиля окружной скорости закрученного потока. Предварительный анализ (165).4.2. Модель трансформации вихря 4.2.1. Основные положения (170). 4.2.2. Система расчетных уравнений (170). 4.2.3. Параметрическое описание поля скорости (172). 4.2.4. Оценка эффективной вязкости (176).4.3. Влияние завихрителей на теплообмен 4.4. Вычислительный алгоритм метода гидротеплового расчета труб с локальными завихрителями 4.5. Верификация метода расчета гидродинамики и теплообмена труб с локальными завихрителями. Сравнение расчетных и экспериментальных результатов  Выводы к главе 4

Глава 5. Использование теории Громеки — Бельтрами для анализа условий существования макровихревой структуры внутренних закрученных течений при высоких числах Рейнольдса

Введение  5.1. Перенос завихренности 5.2. Винтовое течение в каналах 5.2.1. Решение для кольцевого канала (198). 5.2.2. Анализ результатов (199).5.3. Влияние интенсивности завихренности на структуру закрученных потоков в цилиндрических каналах

Глава 6. Генерация спиральности и критические переходы в закрученном потоке однофазной жидкости

Введение  6.1. Понятие спиральности. Вывод уравнения спиральности 6.1.1. Приведение к безразмерному виду (209). 6.1.2. Связь спиральности с интенсивностью завихренности (210).6.2. Теоретический анализ 6.2.1. Некоторые свойства вихревых течений с ненулевой спиральностью.

Уравнение энергии для винтового течения (212).6.2.2. Переход к винтовому движению (213).6.3. Самопроизвольная закрутка теплоносителя в коллекторных системах ядерно-энергетических установок Выводы

Глава 7.

Повышение теплогидравлической эффективности каналов ЯЭУ при использовании закручивающих устройств

7.1. Способы оценки теплогидравлической эффективности каналов с закручивающими устройствами 7.2. Выбор критерия эффективности для решения задач повышения безопасности и эффективности работы ЯЭУ 7.3. Оптимизация геометрии дистанционирующих устройств в кольцевых каналах ТВС 7.4. Примеры решения оптимизационных задач на основе вычислительных экспериментов 7.4.1. Интенсификация теплообмена в парогенерирующих каналах ТВС (241). 7.4.2. Улучшение массогабаритных характеристик авиационного теплообменника (244). 7.4.3. Уменьшение длины технологических каналов пиролизных печей (249). Выводы к главе 7 Заключение Приложение 1. Значения коэффициентов полного сопротивления Cd для тел различной геометрии Приложение 2. Вывод зависимости для определения коэффициента тензора сопротивления knn при течении жидкости в винтообразном канале  Приложение 3. Приведение уравнений модели трансформации вихря к конечно-разностному виду Список литературы.

Купить .

Купить бумажную книгуКупить и скачать электронную книгу

03.04.2015 13:08 UTC

учебник по физике :: физика :: Митрофанова

Следующие учебники и книги:

  • Основы лазерной техники, Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Тарлыков В.А., 1990
  • Основы лазерной техники, Байбородин Ю.В., 1988
  • Основания кинетической теории, Метод Н.Н. Боголюбова, Гуров К.П., 1966
  • Электродинамика и распространение радиоволн, Никольский В.В., Никольская Т.И., 1989

Предыдущие статьи:

  • Основы теории колебаний, Мигулин В.В., Медведев В.И., Мустель Е.Р., Парыгин В.Н., 1978
  • Лазеры, Устройство и действие, Борейшо А.С., 1992
  • Лазерные технологии в медицине, Опорный конспект лекций, Серебряков В.А., 2009
  • Лазерная пайка в производстве радиоэлектронной аппаратуры, Аллас А.А., 2007

>

 

Источник: https://obuchalka.org/2015040383788/gidrodinamika-i-teploobmen-zakruchennih-potokov-v-kanalah-yaderno-energeticheskih-ustanovok-mitrofanova-o-v-2010.html

Booksm
Добавить комментарий