ВВЕДЕНИЕ 4
1 Обзор литературы 5
2.1 Физико-математическая постановка 8
2.2 Построение сетки 10
2.3 Модель течения двухфазной среды в Ansys Fluent 14
2.3.1 Методика решения задачи 14
2.3.2 Решение тестовой задачи 18
2.4 Результаты 20
2.5 Выводы по 2 главе 29
3 Решение задачи для закрученного канала с особенностями 31
3.1 Построение сетки 31
3.2 Результаты 33
3.3 Выводы по главе 3 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36
ЛИТЕРАТУРА 37
Многофазные течения встречаются во многих отраслях промышленности. Под такого рода течениями подразумевают совместное течение двух или более сред. В технике возникает множество задач связанные с течением смесей при изучении таких процессов как горение, кавитация, испарение, конденсация и др. Такими смесями могут быть газ и твердые частицы (например, дым) [1]. На практике возникают осложнения, связанные с силами межфазного взаимодействия, широким спектром размеров и форм частиц, неоднородности структуры потока [2]. Эффекты неоднофазности приводят к усложнению уравнений механики однофазных (гомогенных сред) и осложняют исследования [3].
Задача о движении двухфазных систем является достаточно сложной и для ее решения, помимо методов термодинамики и газодинамики, также требуется расчет скорости фазовых переходов. Решение такого рода задач позволяют выяснить основные закономерности и оценить пределы влияния тех или иных взаимодействий, таких как теплообмен и так далее [1].
В настоящей работе рассматривается течение двухфазной среды в закрученном канале. Согласно литературе по данной тематике [1-3], смесь газа и частиц перемещается с практически равной скоростью при малых размерах частиц, порядка 1 мкм, и малой запыленности газа. Увеличение размера частиц, а также усложнение формы канала может привести к появлению скоростного отставания частиц от газа. Это в свою очередь играет важную роль для технических приложений задачи движения двухфазной среды, таких как горение и детонация.
Целью настоящей работы является оценка влияния размера и массовой концентрации частиц, а также скорости подачи двухфазной смеси на входе в канал на распределение концентрации частиц по каналу сложной формы.
В результате проделанной работы можно сделать следующее заключение:
1. Изучены методики движения двухфазной среды, заложенные в пакете Ansys Fluent
2. Разработана математическая модель и расчетные сетки для решения задачи о течении смеси газа и частиц в закрученном канале.
3. При малых скоростях потока и объемной доли частиц распределение частиц по каналу равномерно (частицы не оседают на стенках канала), а скоростное отставание мало. Увеличение скорости частиц приводит к увеличению скоростного отставания частиц. Увеличение объемной доли частиц приводит к увеличению скоростного отставания, при этом скорость течения в канале возрастает. Это приводит к увеличению вихря за стенкой в области изгиба канала. Наличие вихрей приводит к отрыву частиц (потока) от внутренних стенок канала, что приводит к уменьшению объемной доли частиц на них при малых размерах частиц. При больших размерах это приводит к тому что частицы прижимаются к внешним стенкам канала, увеличивая объемную долю частиц на них.
4. Изменения геометрии канала привели к небольшому уменьшению скоростного отставания. Возможно этот эффект будет увеличиваться с увеличением радиуса полукруга на конце внутренней стенки канала. Необходимо дальнейшее исследование.
