ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Описание движения газа, несущего твердые частицы из "Турбулентные течения газа с твердыми частицами" Уравнения (2.4.5) и (2.4.6) показывают, что обратное влияние частиц на движение и теплообмен несущего газа обусловлены осредненным динамическим и тепловым скольжением дисперсной фазы, а также пульсациями концентрации частиц. Необходимо отметить, что вклад предпоследнего и последнего членов правых частей уравнений (2.4.5) и (2.4.6) будет опре-деляющим для случая течения с крупными частицами и квазиравновесного гетерогенного потока соответственно (см. раздел 1.5). В случае неравновесного гетерогенного течения, когда имеет место осредненное и пульсационное динамическое и тепловое скольжение между фазами необходимо учитывать вклад всех выщеупомянутых членов уравнений движения и энергии. [c.50] Система уравнений (2.4.4),(2.4.5), (2.4.7) и (2.4.14) оказывается незамкнутой, так как уравнение (2.4.14) содержит неизвестные тройные корреляции пульсаций скоростей несущей фазы, а также корреляции, связанные с пульсациями концентрации и скорости дисперсной фазы. Для получения замкнутой системы уравнений, описывающей осредненное движение газа в присутствии частиц, используют различные модели. Наиболее широкое распространение получили (так же, как и в теории турбулентных однофазных течений) алгебраические, однопараметрические и двухпараметрические модели. [c.53] Алгебраические модели. В моделях этого типа обычно используются представления полуэмпирической теории турбулентности Прандтля (см. раздел 1.2). В пионерской работе Г.Н. Абрамовича [34] в рамках теории пути смешения определены пульсационные скорости газа и частиц. В основе развитой модели лежит уравнение сохранения количества движения турбулентного вихря и движущихся в нем частиц, а также уравнение пульсационного движения частиц в пределах вихря. Полагается, что малоинерционные частицы вовлекаются в пульсационное движение турбулентными вихрями несущей фазы, вследствие чего пульсационная скорость газа снижается. Найденные пульсационные скорости газа и частиц используются для нахождения корреляций путем перемножения соответствующих пульсационных величин, что является весьма приближенным способом. Модели данного класса получили дальнейшее развитие в работах [35-43]. [c.53] Однопараметрические модели. Наибольшее распространение (как и в случае однофазного течения) получила модель на основе уравнения для энергии турбулентности. [c.53] Члены правой части (2.4.17) отвечают за диссипацию энергии турбулентности вследствие пульсационного межфазного скольжения, коррели-рованности пульсаций концентрации частиц с пульсационной скоростью несущего газа и наличия осредненного динамического скольжения, а также корреляций пульсаций концентрации частиц и пульсационных скоростей фаз соответственно. [c.54] Необходимо отметить, что в случае течения с крупными частицами, время релаксации которых значительно, величина дополнительной диссипации энергии турбулентно сти будет пренебрежимо мала по сравнению с другими членами уравнения (2.4.15). [c.54] Хорошее совпадение данных расчетов и имеющихся результатов экспериментов дает основания ожидать работоспособность модели в случае реализации неравновесного течения, когда возможно совместное действие обоих механизмов (ламинаризующего и турбулизующего) влияния частиц на турбулентность. [c.55] Двухпараметрические модели. Как и при изучении однофазных турбулентных течений наибольшее распространение получила двухпараметрическая к — модель турбулентности, где в качестве второго уравнения используется уравнение для скорости диссипации. [c.55] В подавляющем большинстве ранних исследований двухфазных течений с частицами [52 - 54] два этих метода использовались для моделирования движения одиночных частиц, что согласно развитой в разделе 1.5 классификации гетерогенных потоков соответствует случаю слабозапыленного течения без обратного влияния частиц на параметры несущего газа. Целью этих работ являлось изучение поведения частиц. Для этого производилось вычисление траекторий большого ансамбля частиц, вводимых в турбулентный поток, и последующее осреднение полученных пространственных характеристик движения частиц. Необходимо заметить, что пространственное разрешение было намного меньше собственно размера частиц. При проведении расчетов не ставилась задача определения параметров течения газа вокруг частицы. Это не было необходимо, т. к. расчет движения частиц проводится обычным образом, т. е. с использованием закона сопротивления дисперсной фазы. Сопротивление частицы определяется числом Рейнольдса, для определения которого необходимо знание скорости несущего газа, а не ее распределения по контуру частицы. Описанное ограничение при расчете движения частиц правомерно лишь при описании поведения очень мелких частиц, размер которых меньше размера наименьших турбулентных вихрей (колмогоровского масштаба). [c.56] В более поздних исследованиях [55-59] методы прямого численного моделирования успешно использовались для расчетов слабозапыленных течений с обратным влиянием частиц на характеристики течения несущей фазы. В этом случае вычисления проводят в несколько итераций. Сначала рассчитывают параметры движения чистого газа. Для этого обычно полагают, что пульсации скорости газа подчиняются нормальному закону. В известном поле скоростей газа производят расчеты траекторий частиц интегрированием уравнений их движения. Затем, имея достаточно представительный ансамбль частиц, находят осредненные характеристики дисперсной фазы, которые используют для расчета течения газовой фазы на следующем этапе. Получаемое таким образом новое поле скоростей газа становится основой для проведения расчетов траекторий частиц на следующей итерации и т.д. Расчеты проводятся до тех пор, пока различие между найденными характеристиками движения обеих фаз гетерогенного течения на предыдущей и последующей итерации не будет находиться в пределах заданной погрешности. [c.56] Вернуться к основной статье