Исследование охлаждения струи в потоке воздуха

Сборник трудов конференции в формате Adobe Acrobat (4 Мб)


Воронежский государственный университет

 

Тема охлаждения жидкости путем сливания ее с высоты является достаточно актуальной для современной промышленности. По этому принципу работают градирни – устройства для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха.

Вода охлаждается, вначале представляя из себя тонкую струю, а затем распадаясь на капли.

Вода охлаждается теплопередачей с воздухом благодаря двум основным процессам: испарению воды с поверхности струи и теплоотдаче соприкосновением. Часть тепла уходит на излучение, но эта часть настолько мала, что ей, как правило, пренебрегают.

Основными параметрами, характеризующими состояние влажного воздуха, являются давление, температура, плот­ность, влагосодержание, относительная влажность, энтальпия. Эти параметры не являются независимыми.

В дальнейшем мы будем принимать, что степень охлаждения воды в струе зависит от достаточно большого количества параметров, большинство из которых являются табличными.

С достаточной степенью точности процесс падения струи можно разделить на два этапа: «ламинарный режим», при котором форма струи идеально ровная и определяется только силой поверхностного натяжения и силой тяжести, и «капельный режим», когда струя распадается на капли за счет неустойчивости Рэлея – Плато. В процессе полета капли меняют свою форму за счет лобового сопротивления. На каждом из этих этапов охлаждение струи обусловлено поверхностным испарением воды и теплоотдачей соприкосновением.

Также между этими двумя этапами может происходить потеря тепла за счет увеличения свободной поверхности жидкости в капельном режиме.

В результате исследования падения капель была получена система дифференциальных уравнений, решенных численно.

Для облегчения вычислений можно ввести для программы графическую оболочку. Решение системы было произведено в системе BorlandDelphi.

Программа позволяет оценить охлаждение струи в потоке воздуха в зависимости от достаточно большого количества параметров с удовлетворительной точностью. При помощи натурного эксперимента было произведено физическое моделирование системы, которое позволило оценить сходство данных, предоставляемых программой, с реальными. Также натурный эксперимент позволил с помощью методов размерностей, оценить характерные для системы критерии подобия.

Полученную программу можно использовать как элементарный пример компьютерного моделирования физических систем.

Список использованных источников
  1. Пономаренко, В.С., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных и энергетических предприятий. – Москва, Энергоатомиздат, 1998. – 371 с.
  2. Фисенко С.П. Математическое моделирование тепломассообмена при испарительном охлаждении капель воды в градирне // Инж.-физ. журн.– 1993.– Т.64, №2.– С. 154–160
  3. Рэлей Д.В. Теория звука, т.2. М., Гостехиздат, 1955, 476 с.
  4. Лышевский А.С. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками, М., Машгиз, 1963, 179 с
  5. Бородин В.А. и др. Распыливание жидкостей. М., Машиностроение, 1967, 263 с.
  6. Классен П.В., Гришаев И.Г. Основы техники гранулирования - М., 1982.
Тип выступления  Устное выступление
Уровень образования  Среднее (полное) общее
Ключевые слова  компьютерное моделирование, охлаждение струи, физическое моделирование