Страницы:

61 - 66

Язык:

RU

Библ.:

4

Скачать статью:

2015_1(16)_11.pdf

Ключевые слова:Keywords:

математическое моделирование; практическая невесомость; кипение жидкости; пузырьковый режим

Аннотация:Abstracts:

Методами математического моделирования с использованием вычислительного эксперимента проводятся исследования процессов кипения жидкости в условиях полной невесомости с целью подтверждения научной гипотезы о существовании негравитационных механизмов отрыва парового пузыря от поверхности нагревателя.
Известно, что в земных условиях и в условиях пониженной интенсивности поля массовых сил кризис кипения возникает, когда интенсивность парообразования столь велика, что поток пара препятствует поступлению жидкости к поверхности нагревателя.
Этот процесс количественно хорошо описывается формулой Кутателадзе или другими формула-ми, связывающими критический тепловой поток со значением ускорения силы тяжести g. В основу связи заложен механизм неустойчивости Кельвина-Гельмгольца (объяснение Зубера) при взаимодействии области пара и струи жидкости, порожденном силами плавучести (неустойчивостью Релея-Тейлора).
В отсутствие релей-тейлоровского механизма образования струи жидкости в условиях невесомости за подачу жидкости к поверхности нагревателя оказывается ответственным инерционное движение жидкости, порожденное упругостью пара в пузыре и оттягивающее пузырь от поверхности нагрева.
Это движение обусловлено ростом парового пузыря в процессе нагрева. Кроме того, граница раздела "жидкость-пар" начинает пульсировать по мере увеличения размеров пузыря вследствие упругости пара в пузыре.
Указанные процессы могут привести к отрыву пузыря от поверхности нагрева даже при очень малой интенсивности поля массовых сил.
Для описания этих процессов в работе предложена математическая модель сложной гидродинамической системы – системы жидкость-газ. Сложность такой системы заключается в необходимости учитывать сжимаемость газовой фазы, находящейся в динамическом взаимодействии с несжимаемой жидкостью.
Это обстоятельство усложняет численную реализацию модели. Поэтому разработанный алгоритм расчета имеет и самостоятельную научную ценность.
Основным же результатом работы следует считать подтверждение выдвинутых научных гипотез, уточняющих понимание такого сложного физического явления, как кипение жидкости.
Показано, что в условиях пониженной гравитации с уменьшением интенсивности поля массовых сил возрастает роль инерционных сил, вызванных упругостью парового пузыря.
Результаты расчетов удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными, полученными в условиях, близких к невесомости.
Подтверждение научной гипотезы о существовании негравитационных механизмов отрыва парового пузыря от поверхности нагревателя открывает возможность реализации пузырькового режима кипения в условиях полной невесомости.
Практическая значимость такой возможности заключается в разработке более эффективных теплообменных аппаратов, основанных на фазовом переходе, работающих в условиях реального космического полета.