Комплекс программ "Two_Phase" для имитационного моделирования процессов разгона, нагрева и плавления частиц в газодинамических трактах технологических устройств

Физическая постановка задачи. Для технологических устройств газопламенного напыления, абразивной обработки поверхностей и струйного помола характерна следующая физическая картина процессов. Частицы вместе с углеводородным горючим и окислителем подаются в камеру сгорания газодинамического тракта, в котором происходит их ускорение, нагрев и, в случае необходимости, плавление. Дополнительный разгон частиц имеет место в свободной сверхзвуковой струе. Разгон несущего газа в газодинамическом тракте производится при геометрическом и (или) расходном воздействии на поток. Завершающие процессы происходят в ударном слое, образующемся при ударе двухфазной струи об обрабатываемую поверхность или при соударении струй.

Математическое описание процессов. Двухфазный поток в газодинамическом тракте описывается квазиодномерными уравнениями газовой динамики, в которых учтено трение и теплообмен двухфазного потока со стенками тракта, а также трение и теплообмен между фазами. Параметры газа за узлом подвода топлива, расположенным на боковой поверхности газодинамического тракта, рассчитываются, исходя из балансовых соотношений, по известным значениям параметров газа перед узлом подвода и параметрам дополнительно подводимого топлива. Параметры частиц при переходе через сечение ввода газа не изменяются. Сверхзвуковой поток в свободной двухфазной струе описывается двумерными уравнениями гиперболического типа, в которых учтен теплообмен и трение между фазами. Численное интегрирование уравнений осуществляется маршевым методом вдоль оси струи.

Комплекс программ "Two_Phase". Этот комплекс может быть использован для проведения исследований термогазодинамических процессов в трактах газодинамических устройств с целью обеспечения наиболее полного использование химической энергии топлива для нагрева и разгона частиц, а также выбора рациональных геометрических параметров трактов газодинамических устройств и режимных параметров. Комплекс обеспечивает пользователя: информацией о своем назначении, структуре и возможностях; кратким описанием физической и математической постановок решаемых задач; возможностями формирования и запоминания исходных данных, проведения текущих расчетов, обработки и хранения результатов расчетов. Комплекс работает в интерактивном диалоговом режиме с использованием терминов и определений из предметной области назначения комплекса. Практическая работа с комплексом не требует от пользователя, какой либо специальной подготовки в области программирования и изучения специальных инструкций по работе с комплексом. Работа пользователя с комплексом осуществляется в интерактивном режиме и сводится к следующей последовательности действий: выбор задачи; задание исходных данных задачи в соответствии с представленным прототипом их значений по умолчанию; выбор видов представления результатов из перечня предлагаемых комплексом видов обработки решения задачи; запуск задачи на счет; представление результатов решения выбранной задачи на экране монитора в виде числовой или графической информации в зависимости от выбранных видов обработки решения; организация запоминания результатов текущего расчета в банке результатов; сопоставление полученных результатов расчетов, с результатами решения других задач (если такие результаты есть) или с ранее полученными результатами выбранной задачи при других исходных данных задачи.

Пользуясь комплексом Two_Phase, пользователь может:

Представление результатов. Пользователь имеет возможность представить результаты расчетов в виде: таблиц параметров на выходе из газодинамического тракта при различных значениях входных параметров задачи; графиков распределений газодинамических параметров вдоль газодинамического тракта или оси струи; графиков параметрических зависимостей параметров потока на выходе из газодинамического тракта от значений одного из входных параметров задачи; полей изолиний параметров течения в газодинамическом тракте и (или) струе.

В качестве примера использования комплекса "Two_Phase" на рисунках представлены схема газодинамического тракта горелочного устройства для газопламенного напыления с расходным способом воздействия на поток и соответствующие изолинии скорости движения газовой и дисперсной фаз.
Схема газодинамического тракта с расходным способом воздействия на поток

Схема газодинамического тракта горелочного устройства с расходным способом воздействия на поток
1 - начальный узел подвода; 2 - КС первого узла подвода; 3 - КС второго узла подвода; 4 - канал охлождения

 

Изолинии скорости движения газовой и дисперсной фаз

Изолинии скорости движения газовой и дисперсной фаз

1 - газодинамический тракт горелочного устройства расходного воздействия; 2 - струя; 3 - подложка; 4 - участок нагрева; 5 - участок разгона


© 2001 Институт технической механики НАНУ и НКАУ