Расчет неравновесных течений газа

Расчет неравновесных течений газа [c.73]

Легко видеть, что изложенный здесь метод существенно упрощает расчет неравновесного течения в сопле Лаваля, поскольку исключает необходимость решения уравнений релаксации типа (15.1). Параметры релаксации используются лишь для определения положения сечения мгновенного замораживания из условия (15.10) и для определения всех параметров газа в этом сечепии. [c.122]

Прежде чем переходить к рассмотрению конкретных примеров расчетов, отметим некоторые общие свойства неравновесных течений газа в соплах. Очевидно, что параметры неравновесного течения должны являться в большинстве случаев (хотя возможны локальные отклонения) промежуточными между параметрами двух [c.265]

Представляет интерес расчет течения высокотемпературной смеси в канале при наличии подвода различных химических реагентов. Такие задачи возникают, например, при определении параметров смеси в парогенераторах ТЭС, в различных дожигателях, используемых для нейтрализации токсичных веществ, выбрасываемых из реактивных сопел при их наземных испытаниях и т. д. Предполагается, что впрыск сосредоточенный (локальный), и после ввода массы происходит мгновенное перемешивание ее с потоком газа, а также испарение жидких компонент (если таковые имеются) и установление некоторой новой температуры смеси. Эти предположения означают, что при впрыске все химические реакции замораживаются, происходит полное перемешивание, после чего вновь начинаются химические реакции. Таким образом, необходимо определить параметры смеси, образовавшейся после впрыска, затем провести расчет неравновесного течения в канале заданного сечения или (в рамках обратной задачи) при заданном распределении какого-либо параметра (давления, плотности или скорости). Считаем, что зону впрыска и перемешивания можно рассматривать как канал постоянного сечения, а впрыск осуществляется по нормали к скорости потока. Тогда для определения параметров смеси в сечении впрыска имеем следующую систему уравнений, выражающих законы сохранения массы, импульса и энергии [c.91]

Другой задачей в области теории магнитогидродинамического пограничного слоя, представляюш ей очень большой интерес, является задача о создании методов расчета и фактическом исследовании пограничных слоев, образующихся на стенках МГД-устройств при течении газа с усложненными физическими свойствами (разные температуры компонент, неравновесный характер электропроводности и т. д.). Учет всех этих явлений в рамках теории пограничного слоя и выяснение связанных с ними качественных эффектов представляют большой интерес для практических приложений. [c.451]

Исходя из физической сущности холодного газодинамического напыления, как отмечалось выше, основным источником, определяющим характер процессов ударного нагружения, деформации, адгезионного взаимодействия и соединения с поверхностью твердых тел микрочастиц является их кинетическая энергия и, прежде всего, скорость частиц, ускоряемых потоком газа. Вполне очевидно, что частицы могут разгоняться до скорости газа или несколько ниже. В последнем случае возникает скоростная неравновесность в двухфазном потоке, связанная со скоростным запаздыванием частиц, которое тем выше, чем больше их инерционность. Поэтому, прежде чем перейти к динамике отдельной частицы рассмотрим основные закономерности течения и методики расчета параметров ускоряющего газа в сверхзвуковых соплах и струях, натекающих на преграду, для условий, характерных для ХГН. [c.36]

Если известно, что отклонение от равновесия невелико и известны скорость, температура и параметры торможения, то можно, определив число М° по равновесной скорости звука и используя газодинамические функции, найти все остальные параметры, которые будут приближенно соответствовать параметрам неравновесного течения. Использование в этом случае числа М, определенного по замороженной скорости звука, может привести к большим ошибкам в определении давления и плотности. Аналогично, по известному отношению давлений р/ро в точке можно определить остальные параметры. Из результатов расчета следует, что даже при размерах частиц до 20 мкм и а < 0,6 параметры газа в неравновесном течении не более чем на 5 —10 % отличаются от равновесных, вычисленных с использованием показателя адиабаты 7°. [c.302]

После определения всех параметров на оси симметрии по асимптотическим формулам типа (2.71) производится расчет параметров на ближайшей к оси линии тока газа, с которой и начинается затем численное интегрирование полной системы (1.109). .. (1.113). Отметим, что в отличие от случая течения чистого газа с постоянным показателем адиабаты, для которого асимптотическое разложение типа (2.71) используется лишь в осесимметричной задаче, для отхода от оси (из-за особенности типа v r, которая отсутствует в плоском течении) в двухфазном неравновесном течении это разложение необходимо как для плоского, так и для осесимметричного течений. [c.124]

В настоящей главе не ставится задача описания существа методов расчета течений химически неравновесного газа. Методы расчета течений газа в реактивных соплах с учетом химических реакций различных продуктов сгорания рассмотрены в работах [9], [19], [11-13], [64], [65], [71] и др. Представляется целесообразным привести некоторые результаты исследований по влиянию химической неравновесности на основные газодинамические характеристики сопла. [c.347]

Поскольку реальные процессы в высокотемпературных потоках оказываются весьма сложными, учесть влияние химической неравновесности можно приближенно, приняв некоторые упрощенные модели течения [64], [12], [71]. При расчетах химически реагирующих газов в качестве первого приближения рассматриваются два предельных случая, когда скорости протекания физикохимических процессов принимаются либо бесконечными, либо нулевыми. При бесконечной скорости протекания химических реакций имеет место равновесное течение, при нулевой — замороженное. [c.347]

Применение термодиффузии для расчета равновесных термодинамических свойств — новое направление, возникшее в течение последних лет в результате развития неравновесной термодинамики. Ранее термодиффузию использовали в основном как метод разделения жидкостей и газов. О величине эффекта разделения можно получить представление, решив уравнение (8.231) для стационарного состояния, когда У]=0. [c.235]

Взаимное влияние химической кинетики и газодинамики для течения продуктов сгорания и других газов, рассмотренное в ряде работ [1, 2], показывает, что при расчете состава газа может быть успешно использован метод последовательных приближений. В первом приближении предполагается распределение газодинамических параметров соответственно квазиравновесному течению и решается система кинетических уравнений, позволяющая определить состав газа при сверхзвуковом расширении. Полученный неравновесный состав далее используется для уточнения газодинамических параметров (давления, температуры, скорости) рассматриваемого течения. При расчетах концентраций электронов необходимо рассматривать систему уравнений кинетики электронных процессов, причем влиянием ионизации газа на состав нейтральных компонент и газодинамику течения можно практически пренебречь. [c.243]

За десятилетие, прошедшее со времени опубликования О. М. Белоцерковским работы с первыми результатами расчета обтекания цилиндра, метод интегральных соотношений получил значительное развитие. Было произведено большое количество расчетов двумерного обтекания затупленных профилей и тел вращения различной формы (гладких, с разрывом кривизны контура и с изломом контура). Рассматривались течения совершенного газа с постоянными теплоемкостями, течения с равновесным и неравновесным возбуждением внутренних степеней свободы, диссоциацией и ионизацией. Результаты этих работ изложены во многих статьях [c.173]

Некоторые результаты расчетов представлены на рис. 5.18. Приведенные на этом рисунке разности скоростей и температур газа и частиц являются типичными для неравновесных двухфазных течений в соплах. В дозвуковой и трансзвуковой областях сопла они увеличиваются за счет увеличения градиента скорости и для частиц малых размеров достигают максимума в сверхзвуковой окрестности минимального сечения (где градиент скорости максимален). [c.215]

Характер изменения по длине сопла удельного импульса и порядок величин /уд для равновесного, химически неравновесного и замороженного процессов по результатам расчетов работы [12], приведенным на рис. 8.10а, близки к результатам работы [64], приведенным на рис. 8.7 в более широком диапазоне значений относительной площади среза сопла чем на рис. 8.10а. В работе [12] получены также результаты расчетов различных составляющих потерь удельной тяги, которые для отмеченных выше условий полета приведены на рис. 8.106 в зависимости от относительной площади поперечного сечения сопла (или по длине сопла). Приведенные потери тяги включают потери тяги на нерасчетность реактивной струи за срезом сопла АР нер потери тяги для случая замороженного течения в реактивном сопле др, для течения химически неравновесного газа, а также сумму потерь тяги дта этих двух типов течений с учетом нерасчетности реактивной струи (АР нер + з и АР нер По мере увеличения относительной площади среза сопла поте- [c.355]

Позднее была выдвинута модификация модели внезапного замораживания — так называемая модель равновесной рекомбинации [358—360]. В соответствии с ней область замороженного течения заменяется областью, в которой рассматривается только процесс рекомбинации. Модель равновесной рекомбинации дает хорошие результаты при расчете неравновесных течений газовых смесей с компонентами, концентрации которых стремятся к нулю далеко вниз по потоку. Ченг и Ли [376] показали, что в случае течения газа со значительной степенью диссоциации имеется достаточно обширная переходная область от течения почти равновесного к течению с ойределяющей ролью процессов рекомбинации. Область перехода можно разделить на две зоны. Зона течения, примыкающая к равновесной области течения, характеризуется небольшим отклонением от состояния равновесия. За ней следует узкая зона перехода в область рекомбинации. В случае течения с незначительной степенью диссоциации, по данным авторов работы [376], переходная область имеет небольшие размеры. [c.122]

Наличие существенной тепловой и скоростной неравновесности газа и частиц при движении в сверхзвуковых соплах не позволяет использовать для описания таких течений гомогенное приближение [95]. В этом случае применяют гетерогенное описание, часто используя ква-зиодномерное приближение. Уравнения получают из двух-, трехмерных моделей, усредняя их по площади сечения сопла. Анализ основных закономерностей таких течений достаточно подробно приведен в [96]. Для того чтобы охарактеризовать состояние системы в определенный момент времени, нужно задать положение и скорость каждой частицы. Однако ввиду большого их числа этот метод математического описания неприемлем. Поэтому в двухфазных системах используют осредненное описание движения [97]. В основу большинства моделей, используемых для расчета двухфазных течений газ-частицы, положена идея о взаимопроникающих континуумах, один из которых связан с [c.92]

Большой объем работ был выполнен по расчету сверхзвуковых течений в плоских и осесимметричных соплах, имеющих плоскую поверхность перехода от дозвуковой скорости к сверхзвуковой. О. Н. Кацкова и Ю. Д. Шмыглевский (1957) рассчитали осесимметричное течение, возникающее при расширении газа от плоской поверхности перехода в вакуум. Решение в малой окрестности поверхности перехода строилось ими в виде-рядов, в остальной части течения для его расчета использовался численный метод характеристик. Подробные результаты этих расчетов приведены-в работе упомянутых авторов (1962). Найденные поля течений могут быть использованы непосредственно для построения сопел с неравномерным потоком в выходном сечении либо в качестве промежуточного участка между поверхностью перехода и спрямляющим течением, приводящим к равномерному распределению параметров газа при выходе его и сопла. Разработанные в ряде работ О. Н. Кацковой, А. Н. Крайко ш У. Г. Пирумова методы позволяют рассчитывать течения в плоских, круглых, кольцевых соплах с учетом термодинамического несовершенства газа, неравновесного характера течения, а также при наличии в газе-частиц конденсированной фазы (А. Н. Крайко, Л. Е. Стернин). [c.204]

Для течений в соплах удельный объем газа является переменным, и П0эт0лЛ1у в расчетах химически неравновесных течений удобнее использовать мольно-массовую концентрацию, определяемую числом молей вегцества в единице массы, г = сс./ = г,/ц, где г,— объемные (люльные) доли. [c.260]

Отличие колебательных температур, а следовательно, колебательных энергий компонентов от равновесных значений приводит к изменению газодинамических параметров потока в сопле. Общий характер измепеиия параметров в перавиовесном течешш с колебательной релаксацией аналогичен случаю химически неравновесного течения. Температура газа, давление, скорость п импульс в неравновесном течении меньше соответствующих значений в равновесном течении, и больше, чем в замороженном. Плотпость газа по-прежнему изменяется незначительно при изменении характера протекания процесса. Расчеты показывают, что при небольших значениях параметра Ф (<10 МПа мм) отличие давления и 6 температуры газа от соответствующих равновесных значении может составлять 10—20 7о. В предельном случае колебательно-замороженного течения, иа- чинающегося от критического сечения сопла (4 =0), эти различия могут составлять 40—50 % (рис. 6.2). [c.285]

В диссоциирующем газе тепло переносится, кроме молекулярных и турбулентных процессов (как в обычном газе), еще и за счет переноса и поглощения энергии диссоциации, что приводит к увеличению теплоотдачи. Если скорость химической реакции диссоциации и скорость уноса продуктов диссоциации соизмеримы, течение называется неравновесным, если скорость диссоциации много больше скорости унрса—равновесным. Если скорость диссоциации много меньше скорости уноса — замороженным. В последнем случае газ ведет себя как смесь газов, в которой отсутствуют химические реакции, и расчеты теплоотдачи проводятся по формулам гл. 4. [c.107]

Уравнения характеристик плоских и осесимметричных сверхзвуковых стационарных течений невязкого и нетеплопроводного газа при наличии неравновесных физико-химических процессов (см., например, [1]) подобны уравнениям характеристик вихревого течения соверпЕенного газа, однако проведение численных расчетов сопряжено со значительными трудностями. [c.121]

Расчет пограничного слоя при одновременном протекании колебательной и диссоциационной релаксации приведен в работе Ю. П. Лунькина п С. Б. Колешко (1966), Рассмотрено обтекание пластинки чистым двухатомным газом. В этой работе решение ищется в виде рядов по параметру релаксации (отношение времени релаксации к характерному времени течения) вблизи равновесного и замороженного состояния. Найдено, что при колебательно-диссоциационной релаксации течение более неравновесно, чем только при диссоциационной релаксации. Для теплоизолированной пластинки профили газодинамических величин оказываются более чувствительными к изменению параметра релаксации, чем в случае пластинки с заданной температурой. [c.529]

Обоснованием такого приближенного подхода служат представленные выше результаты расчетов в одномерном приближении, согласно которым параметры газа при неравновесном и равновесном двухфазных течениях мало отличаются. Очевидно, что приближенный способ является значительно более простым. Сравнение расчетов, выполненных с использованием этих двух способов, показывают, что получающиеся в обоих случаях значения параметров газа и частиц в дозвуково области близки между собой. В трансзвуковой области они могут отличаться на 10—15 %, что может привести к отличию траекторий частиц и координат точек выпадения частиц на контур сопла в сверхзвуковой области. Указанное различие существенпо при определении потерь удельного импульса, что будет продемонстрировано в следующем пункте. Ниже обсуждаются ре-зз льтаты расчетов по второму приближенному методу. [c.307]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...