Комплекс програм "Two_Phase" для імітаційного моделювання процесів розгону, нагріву і плавлення частинок в газодинамічних трактах технологічних пристроїв

Фізична постановка задачі. Для технологічних пристроїв газопламенного напилення, абразивної обробки поверхонь і струминного помелу характерна наступна фізична картина процесів. Частинки разом з вуглеводневим пальним і окислювачем подаються в камеру згоряння газодинамічного тракту, в якому відбувається їх прискорення, нагрів і, в разі необхідності, плавлення. Додатковий розгін частинок має місце у вільному надзвуковому струмені. Розгін несучого газу в газодинамічному тракті виробляється при геометричному і (або) расходному впливі на потік. Завершальні процеси відбуваються в ударному шарі, що утворюється при ударі двофазного струменя об оброблювану поверхню або при зіткненні струменів.

Математичний опис процесів. Двофазний потік в газодинамічному тракті описується квазіодномірними рівняннями газової динаміки, в яких враховано тертя і теплообмін двофазного потоку зі стінками тракту, а також тертя і теплообмін між фазами. Параметри газу за вузлом підведення палива, розташованим на бічній поверхні газодинамічного тракту, розраховуються, виходячи з балансових співвідношень, за відомими значеннями параметрів газу перед вузлом підведення і параметрам додатково підводиться палива. Параметри частинок при переході через перетин введення газу не змінюються. Надзвуковий потік у вільному двофазному струмені описується двовимірними рівняннями гіперболічного типу, в яких враховано теплообмін і тертя між фазами. Чисельне інтегрування рівнянь здійснюється маршовим методом уздовж осі струменя.

Комплекс програм "Two_Phase". Цей комплекс може бути використаний для проведення досліджень термогазодинамічних процесів в трактах газодинамічних пристроїв з метою забезпечення найбільш повного використання хімічної енергії палива для нагріву і розгону часток, а також вибору раціональних геометричних параметрів трактів газодинамічних пристроїв і режимних параметрів. Комплекс забезпечує користувача: інформацією про своє призначення, структуру і можливості; коротким описом фізичної і математичної постановок вирішуваних завдань; можливостями формування і запам'ятовування вихідних даних, проведення поточних розрахунків, обробки і зберігання результатів розрахунків. Комплекс працює в інтерактивному діалоговому режимі з використанням термінів і визначень з предметної області призначення комплексу. Практична робота з комплексом не вимагає від користувача спеціальної підготовки в області програмування і вивчення спеціальних інструкцій по роботі з комплексом. Робота користувача з комплексом здійснюється в інтерактивному режимі і зводиться до наступної послідовності дій: вибір завдання; завдання вихідних даних завдання відповідно до представленого прототипом їх значень стандартно; вибір видів представлення результатів з переліку пропонованих комплексом видів обробки рішення задачі; запуск завдання на рахунок; представлення результатів рішення обраної задачі на екрані монітора у вигляді числової або графічної інформації в залежності від обраних видів обробки рішення; організація запам'ятовування результатів поточного розрахунку в банку результатів; зіставлення отриманих результатів розрахунків, з результатами вирішення інших завдань (якщо такі результати є) або з раніше отриманими результатами обраного завдання при інших вихідних даних завдання.

Користуючись комплексом Two_Phase, користувач може:

• оцінити витратні характеристики установки, газодинамічні і теплофізичні характеристики продуктів згоряння;
• оцінити діапазон зміни динамічних і енергетичних параметрів частинок в газодинамічному тракті і в вузлах підведення;
• розрахувати розподіл параметрів газу і частинок в газодинамічному тракті, а також в поле потоку двофазного струменя, що випливає з нього;
• вибрати значення геометричних і режимних параметрів газодинамічного тракту для отримання максимальних значень енергетичних параметрів частинок;
• розрахувати склад продуктів згоряння і їх термодинамічні та теплофізичні властивості;
• розрахувати параметри міжфазної взаємодії;
• розрахувати тепловий стан дисперсної фази (температурне поле, частки розплаву) при її русі в газодинамічному тракті і вільному струмені.

Представлення результатів. Користувач має можливість представити результати розрахунків у вигляді: таблиць параметрів на виході з газодинамічного тракту при різних значеннях вхідних параметрів задачі; графіків розподілів газодинамічних параметрів уздовж газодинамічного тракту або осі струменя; графіків параметричних залежностей параметрів потоку на виході з газодинамічного тракту від значень одного з вхідних параметрів задачі; полів ізоліній параметрів течії в газодинамічному тракті і (або) струмені.

Як приклад використання комплексу "Two_Phase" на рисунках представлені схема газодинамічного тракту пальникового пристрою для газопламеного напилення з витратним способом впливу на потік і відповідні ізолінії швидкості руху газової та дисперсної фаз.

Схема газодинамічного тракту з витратним способом впливу на потік 1 - початковий вузол підведення; 2 - КС першого вузла підведення; 3 - КС другого вузла підведення; 4 - канал охолодження

Ізолінії швидкості руху газової та дисперсної фаз 1 - газодинамічний тракт пальникового пристрою витратного впливу; 2 - струмінь; 3 - підкладка; 4 - ділянка нагріву; 5 - ділянка розгону

© 2001-2021 Інститут технічної механіки НАНУ і ДКАУ