Течения с неравновесной конденсацией

Неравновесная гомогенная конденсация (312). 7.2.2. Одномерное неравновесное течение с гомогенной конденсацией (323). 7.2.3. Определяющие параметры при неравновесной гомогенной конденсации (328). 7.2.4. Двумерные течения с неравновесной конденсацией (333). 7.2.5. Неравновесная кристаллизация (334). 7.2.6. Расчет кристаллизации капля и ее температуры (336). [c.5]

Двумерные течения с неравновесной конденсацией. Течение с неравновесной конденсацией в осесимметричных и плоских соплах описывается системой уравнений, аналогичной (7.30) — (7.37). Из-за малого размера частиц жидкой фазы запаздывание частиц можно не учитывать, однако необходимо ввести уравнения, учитывающие кинетику конденсации. Поэтому для расчета двумерного неравновесного течения с конденсацией должна использоваться система уравнений (7.30), (7.32), (7.33) и (7.63) — (7.70), при этом в уравнениях (7.30), (7.32), (7.33) под р нужно понимать плотность смеси, а суммы в правых частях уравнений (7.32) и (7.33) опустить. Некоторые результаты расчетов методом характеристик течения водяного пара в коническом сопле [47, 201] приведены в табл. 7.2 и па рис. 7.11. [c.333]

ТЕЧЕНИЯ С НЕРАВНОВЕСНОЙ КОНДЕНСАЦИЕЙ [c.205]

Термическим уравнением состояния называют уравнение, связывающее давление с плотностью и температурой, а калорическим — уравнение, определяющее зависимость внутренней энергии (энтальпии) от температуры и давления. В большинстве случаев течения газа сопровождаются разного рода неравновесными процессами, для описания которых уравнения газовой динамики дополняются соответствующими кинетическими или релаксационными уравнениями. Кроме того, в уравнения вводят дополнительные члены, учитывающие воздействия неравновесных процессов на газодинамические параметры. Неравновесные процессы весьма разнообразны. Наиболее часто приходится иметь дело с неравновесным возбуждением колебательных степеней свободы, неравновесной диссоциацией и рекомбинацией, неравновесным движением жидких или твердых частиц в условиях неравновесной конденсации или испарения. [c.32]

В монографии дано систематизированное изложение теоретических, расчетных и экспериментальных исследований неравновесных течений с фазовыми превращениями. Рассмотрены оригинальные работы авторов по расчетно-теоретическому исследованию гомогенной и гетерогенной конденсации (стационарной и нестационарной) для течений в соплах и струях. Предложена единая система определяющих параметров, описывающих процесс конденсации в различных термодинамических системах. Детально изложены современные численные методы решения уравнений и обобщены результаты параметрических расчетов. [c.222]

Помимо изложения современной теории течений в соплах, новых аналитических и численных методов, представлены примеры многочисленных приложений. Рассмотрены разнообразные физикохимические процессы, характерные для течений газа в соплах диссоциация и рекомбинация, релаксация колебательных степеней свободы, двухфазные процессы с фазовыми превращениями, такими ка неравновесная конденсация и кристаллизация. [c.6]

В связи с отмеченным обстоятельством процесс неравновесной конденсации можно использовать для изменения числа Ма.ха М в выходном сечении сопла путем варьирования ро п Tq при неизменной геометрии сопла. Аналогичным способом можно варьировать число Ма, изменяя реальные свойства газа. Отметим, что при замороженном течении число Ма при заданной геометрии сопла остается неизменным. [c.326]

Итак, выписана общая система уравнений, описывающая нестационарное пространственное течение смеси газа и частиц с неравновесными химическими реакциями, неравновесным возбуждением колебательных степеней свободы и неравновесной конденсацией. [c.13]

Можно представить следующую последовательность процесса неравновесной конденсации. В начальной стадии процесса вблизи точки насыщения А степень пересыщения пара увеличивается, поскольку капли критического размера должны быть большими, а вероятность их образования мала. В связи с увеличением пересыщения размер критических зародышей уменьшается, а вероятность их возникновения растет. Ввиду быстрого убывания вероятности флуктуаций с возрастанием их размеров начало фазового перехода определяется вероятностью возникновения зародышей именно критического размера, в связи с чем при расчете неравновесной конденсации учитывается образование только этих зародышей. Далее за счет увеличения степени пересыщения в начальной стадии процесса конденсации зародыши, которые в начальный момент имели критический размер, через небольшое время окажутся больше критических, и их рост будет продолжаться. Скорость образования зародышей критического размера велика и составляет примерно частиц в единице объема, и поэтому несмотря на их малый размер (Гсг=10 см) общая поверхность, на которой происходит конденсация, достаточно велика. За счет быстрого образования зародышей и их дальнейшего роста происходит интенсивное увеличение массы жидкости и выделение тепла. Обычно величина /СрТ порядка единицы и поэтому появление даже небольшого количества жидкой фазы может заметно повлиять на параметры течения. Выделение тепла не только останавливает рост пересыщения, но и приводит к уменьшению степени пересыщения. Образование новых зародышей, которое в сильной степени зависит от величины пересыщения, сразу же прекращается, и в дальнейшем конденсация идет уже на вновь образовавшихся ядрах. [c.51]

Равновесные и неравновесные течения с химическими реакциями, колебательной релаксацией и конденсацией [c.110]

Тогда систему уравнений, описывающих неравновесное течение, в котором могут иметь место неравновесное протекание химических реакций, неравновесное возбуждение колебательных степеней свободы и неравновесная конденсация в соответствии с уравнениями (1.20), (1.21), (1.76), (1.80), (1.81), (1.86), (1.108) при R = oo с заменой и яа W запишем в следующем общем виде [c.111]

В связи с этим решение прямой задачи в рамках одномерного приближения при расчете разного рода неравновесных течений в соплах и струях, в том числе и двухфазных, представляется нецелесообразным. В то же время очевидны преимущества решения обратной задачи с заданным по длине распределением какого-либо из газодинамических параметров р, р или W. В этом случае отпадает необходимость использования уравнения (3.36), так как форма струйки тока не задана, а определяется из уравнения (3.24), а система (3.25). .. (3.29) не содержит уже особой точки. Кроме того, давление, а в еще большей степени — плотность и скорость мало отличаются от соответствующих равновесных значений и могут быть определены из расчетов, например, двумерных равновесных течений или измерены в эксперименте. И, наконец, отработанный алгоритм решения системы (3.25). .. (3.29) с заданным распределением p=p s) или p = p(s) может быть полностью использован при расчете пространственных неравновесных течений. Если неравновесный процесс начинается в сверхзвуковой области сопла (в случае, например, неравновесной конденсации), то необходимость прохождения особой точки отпадает и возможно решение как прямой, так и обратной задачи. Отметим, что решение обратной задачи особенно удобно при исследовании течений в струях, для которых форма струйки F F s) неизвестна. [c.113]

Исследование одномерных стационарных течений в соплах позволяет изучить основные особенности процесса неравновесной конденсации, являясь одновременно достаточно простым с точки зрения построения численного алгоритма и возможностей детального параметрического исследования. Необходимые формулы и соответствующие алгоритмы для расчета одномерного стационарного течения в соплах в случае равновесного, неравновесного и замороженного процесса приведены в [И]. При решении обратной задачи вдоль оси задается распределение либо давления р = р х), либо плотности р = р (х), либо скорости 117 = (х). [c.205]

Отметим еще, что при неравновесной конденсации относительное изменение температуры при переходе от замороженного течения к равновесному больше, чем относительное изменение давления (см. рис. 5.9, 5.10). Укажем еще, что нельзя отождествлять области резкого повышения давления и температуры, вызванные спонтанной конденсацией (так называемые скачки конденсации), с известными газодинамическими скачками уплотнения. В газодинамических скачках уплотнения повышение давления и температуры сопровождается и сильным падением скорости, согласно соотношению Л1 12=1, где и — приведенные скорости до и после скачка, при этом сверхзвуковой поток переходит в дозвуковой. В зоне спонтанной конденсации происходит лишь незначительное, на уменьшение скорости, при этом очевидно, что течение остается сверхзвуковым (см. рис. 5.8). Вышесказанное не относится к трансзвуковым потокам с числами М= 1...1.3. [c.207]

В свободном вихре при повышенной температуре из жидкой фазы испаряются некоторые компоненты, которые вновь попадают в вынужденный вихрь. Таким образом, по течению свободного вихря накапливаются компоненты с высокой температурой испарения, а по течению вынужденного вихря - компоненты с низкой температурой конденсации. Процессы конденсации и испарения в свободном и вынужденном вихрях неравновесные. [c.161]

В лаборатории турбомашин МЭИ введены в эксплуатацию различные стенды влажного пара, ориентированные на экспериментальное изучение следующих основных задач I) механизма конденсации в равновесных и неравновесных течениях влажного пара при больших скоростях и, в частности, скачковой конденсации 2) механизма и скорости распространения возмущений в двухфазной среде и условий перехода через скорость звука 3) основных свойств дозвуковых и сверхзвуковых течений в каналах различной формы с подробным изучением волн разрежения и скачков уплотнения в эту группу включаются исследования основных энергетических и расходных характеристик сопл, диффузоров и других каналов 4) двухфазного пограничного слоя и пленок, образующихся на поверхностях различных форм 5) течений влажного пара в решетках турбин (плоских, прямых и кольцевых) с подробным изучением структуры потока, углов выхода, коэффициентов расхода и потерь энергии 6) структуры потока и потерь энергии в турбинных ступенях, работающих на влажном паре, с подробным изучением оптимальных условий сепарации влаги из проточной части и явлений эрозии. [c.388]

Гомогенным называют такое течение двухфазной среды, когда смесь рассматривают как однофазную среду, обладающую некоторыми осредненными характеристиками. Такой подход сильно упрощает исследование и позволяет использовать все уравнения гидроаэромеханики в обычном виде. Осреднение свойств двухфазной среды производится в предположении о равновесном состоянии смеси в процессе движения. В действительности, при движении двухфазной смеси процесс может быть неравновесным. Например, при течении пара с каплями через сопло теплообмен происходит не мгновенно и, следовательно, параметры каждой из фаз и всей смеси зависят от скорости протекания процесса. Скорость процесса расширения зависит от ускорения потока, т. е. при установившемся движении от градиента скорости потока вдоль оси сопла. Массообмен, т. е. конденсация на каплях или испарение капель, связан с теплообменом. Следовательно, концентрация жидкой фазы в паре меняется и также зависит от градиента скорости потока. Несмотря на эти замечания, изучение гомогенных течений двухфазной среды представляет определенный интерес. Во-первых, имеются технически важные задачи, в которых процесс изменения параметров смеси идет достаточно медленно. Во-вторых, с помощью теории гомогенных течений можно просто рассмотреть предельные частные случаи и установить границы, в которых может сказываться влияние неравновесности процессов. [c.199]

Условия, соответствующие динамическому фазовому равновесию твердый металл — пар, реализовать практически очень трудно. В громадном большинстве случаев технического использования нагретых металлов происходит необратимое расходование твердой фазы, поскольку давление пара над ней почти всегда меньше равновесного. Причиной этого нередко является частичная конденсация пара на менее нагретых поверхностях. Если между металлом и такими поверхностями имеется недостаточно разреженный газ, скорость неравновесной сублимации может быть замедлена за счет взаимных столкновений испаряющихся атомов металла с молекулами остаточного газа. Поэтому в объеме, ограниченном газонаполненной оболочкой, скорость сублимации материала определяется, помимо равновесного давления его пара, диффузией через газовую среду (если не рассматривать конвективных течений газа) и скоростью конденсации на оболочке. Так как конденсация на оболочке происходит обычно достаточно быстро, скорость неравновесной сублимации в стационарных условиях лимитирует диффузия испаряющихся атомов через газ. [c.418]

Скорость образования ядер в значительной мере определяется степенью пересыщения пара, т. е. Р/Роо. Формула (2.84) и многие, аналогичные ей, получены в предположении стационарности процесса зародышеобразования без учета состояния среды — равновесности ее или неравновесности. В тепловых трубах при работе на звуковом пределе мощности, в особенности в зоне конденсации при сверхзвуковом течении пара, имеют место большие отрицательные осевые градиенты температуры. В зтих условиях вследствие быстрого роста переохлаждения пара по ходу потока количество центров конденсации резко возрастает и может иметь место объемная конденсация. Для жидкометаллических теплоносителей с большой относительной молекулярной массой (ртуть, свинец и др.) воз- [c.68]

Для матем, описания Н. т. используется система диф-ференц. ур-ний газовой динамики, к-рая дополняется т. н. релаксационными (кинетическими) ур-ниями, описывающими исследуемый неравновесный процесс. Так, для описания течений с неравновесными хим. реакциями используются ур-яия хим. кинетики с соответствующей системой реакций и констант скоростей реакций для течений с колебат. релаксацией — ур-ния для нахождения энергии разл. возбуждённых колебат. иод с соответствующими временами релаксации для течений с неравновесной конденсацией — ур-ния нуклеации и ур-ния роста зародышей (ф-лы Максвелла или Кнудсе-на) для двухфазных течений с жидкими или твёрдыми частицами — ур-ния движения и теплообмена частиц с соответствующими коэф, сопротивления и теплообмена. [c.328]

Очевидно, что при решении обратной задачи целесообразно задавать распределение вдоль оси такого параметра, который слабо-зависит от самого процесса конденсации и может быть просто вычислен для замороженного течения. Как показали результаты большого числа параметрических расчетов одномерных и двумерных течений в соплах [И], к числу таких параметров относятся плотность смеси р, скорость смеси 1 7 и плотность тока смеси рШ. Действительно, из результатов расчегов следует, что в неравновесном течении, по сравнению с замороженным, плотность и скорость смеси соответственно увеличиваются и уменьшаются на а давление и температура—-на 15...20%. Из результатов расчетов следует также [И], что процесс неравновесной конденсации практически не оказывает влияния на положение линий тока при двумерном течении в сопле и плотность тока рУ , поскольку увеличение плотности компенсируется уменьшением скорости. Из сказанного следует, что в рамках одномерного течения можно с высокой точностью исследовать и двумерные течения с неравновесной конденсацией Для этого необходимо рассчитать какпм-либо методом (например, методом характеристик) двумерное замороженное течение без конденсации и, получив из такого расчета распределение плотности тока [c.205]

Одномерное неравновесное течение с гомогенной конденсацией. В общем случае в потоке может происходить одновременно конденсация нескольких компонентов, однако, согласно правилу фаз (6.10), число конденсирующихся компопептов пе должно превышать числа независимых элементов, из которых образованы компоненты смеси. Одновременно с конденсацией могут протекать и химические реакции, при этом целесообразно массовые (или молярные) доли пеконденсирующихся компопептов определять либо из уравнений химической кинетики, если реакции протекают неравновесно, либо из закона действующих масс, если они протекают равновесно. Молярные доли конденсирующихся компонентов следует определять из конечных уравнений материального баланса, число которых, в силу правила фаз, равпо числу конденсирующихся компонентов. [c.323]

Пусть число независимых компонентов в смеси равпо т, число компонентов в газовой фазе — Л , из которых первые т — конденсирующиеся. Система уравнений, описывающая в одномерном приближении течение с неравновесным протеканием химических реакций и неравновесной конденсацией, имеет вид [c.323]

Отметим следующую важную особенность стационарных течений в сонлах с неравновесной конденсацией. Поскольку в процессе кон- [c.325]

Изменение числа Маха в выходном сечении сопла за счет неравновесной конденсации, имеющей место внутри сопла, может привести и к существенной перестройке поля течения в истекающей из сопла струе. При этом могут изменяться не только параметры внутри струи, но и сама граница струи, поскольку известно, что положение границы струи существенным образом зависит от ч исла Маха в выходном сечении сопла и с увеличением числа М при заданном внешнем давлении р угол наклона границы па кромке сопла уменьшается. В связи с этим воздействие конденсации на течение в струе будет качествеяно различным в зависимости от того, начинается конденсация в сопле и далее развивается в струе, или точка Вильсона возникает уже в струе. Очевидно также, что и характер течения в струе с неравновесной конденсацией будет [c.326]

Применение основных представлений учения о фазовых превращениях для описания процессов конденсации в паровых турбинах [1—3 ] имеет большое значение в развитии теории турбин. В настоящее время развиваются и усовершенствуются инженерные методы расчета различных процессов во влажно-паровых турбинах [4—6]. Ниже излагаются основные положения разработанной в ЦКТИ методики расчета влажно-паровых турбин с учетом неравновесной конденсации. Используется система уравнений одномерного стационарного течения влажно-парового потока при наличии неравновесных фазовых переходов [2, 6]. Система включает уравнения сохранения массы, количества движения и энергии, уравнения состояния и кинетические уравнения, описывающие процессы влаговыделения. [c.102]

Прп конденсации в трансзвуковой области сопла возможно воз-нпкповеппе нестационарных режимов течения. Экснерихментальпо в ряде работ [177, 178] обнаружено существование нестационарных явлений и отмечены значительные пульсации параметров потока (с частотой 500—1000 Гц) при конденсации в трансзвуковой области во влажном воздухе. Проведен анализ этого явления в рамках одномерной теории и показана возможность существования нестационарного процесса. В работе [178] методом С. К. Годунова получено численное решение системы уравнений, описывающей нестационарное одномерное течение со спонтанной конденсацией в трансзвуковой области сопла Лаваля. Показано, что при определенных условиях при нестационарных начальных и граничных условиях предельное состояние не является стационарным, а обладает периодической структурой, что связано с возникновением и исчезнове-нпем ударных волп, порожденных неравновесной конденсацией. [c.327]

При расчетах неравновесных течений приходится проводить численное интегрирование дифференциальных уравнений, описывающих исследуемый неравновесный релаксационный процесс. Кинетические и релаксационные уравнения, описывающие этот процесс, вблизи равновесия являются, как правило, уравнениями с малым параметром при старщей производной, что существенно усложняет их численное интегрирование. К числу релаксационных относятся уравнения сохранения массы химической компоненты (1.15) для определения колебательной энергии (1.16) для определения скоростей и температур частиц в двухфазных потоках (1.18) для определения массы конденсата в течениях с конденсацией. Неравновесные течения в ряде случаев начинаются из состояния, где система близка к термодинамическому равновесию. В тех же областях, где система близка к равновесию и время релаксации, а следовательно, и длина релаксационной зоны малы, возникают значительные трудности с выбором шага интегрирования. Оказывается, что при использовании для численного интегрирования явных разностных схем типа метода Эйлера, Рунге — Кутта шаг интегрирования для проведения устойчивого счета должен быть настолько мал, что расчет становится практически невозможен даже при использовании современных вычислительных мащин. [c.104]

В условиях эксплуатации получены данные, подтверждающие, что возникновение влаги ведет к значительному увеличению числа аварий лопаточных аппаратов [145], вызванных усталостными разрушениями. По-видимому, аварии происходят в результате резонансов в связи с появлением переменных газодинамических сил нового типа. Так, на основании анализа, проведенного в [145], установлено, что наибольшее число поломок лопаток происходило в области неравновесного влагообразования (в зоне Вильсона). Имеются и другие опытные данные, подтверждающие, что с появлением влажности возникают новые возмущающие силы различной природы 1) связанные с генерацией конденсационной турбулентности в пограничном слое и ее частичным вырождением в кон-фузорном течении 2) обусловленные волновым взаимодействием сопловых и рабочих решеток 3) вызванные перемещающимися скачками конденсации (в сверхзвуковых решетках с расширяющимися межлопаточными каналами). [c.194]

На основе успехов, достигнутых в развитии численных методов, в последние годы в ЛАБОРАТОРИИ и в других подразделениях ИНСТИТУТА (как правило, под руководством выросших в ЛАБОРАТОРИИ М. Я. Иванова, В. И. Конченова, В. И. Милешина и др.) созданы совершенные алгоритмы расчета пространственных течений в элементах силовых установок (СУ) с воздушно-реактивными двигателями и для моделирования процессов во всей СУ, для описания интеграции СУ с летательным аппаратом, учета неравновесных химических реакций, горения, конденсации и других процессов. [c.118]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...