2.5.Проведение численного эксперимента. Обработка результатов.
Цель численного эксперимента – определение полей температур и давлений в расчетной области 1.
Расчет при описанных выше параметрах проводился до выхода газодинамического процесса и процесса теплообмена на стационарный режим. Критерием являлось значение температуры в расчетной области 1. Время выхода процессов на стационарный режим составило более 9000 с (2,5 часов). При этом явный шаг по времени составил 6,3·10-5 с.
В результате получены поля скоростей (рис. 2) и температур (рис. 3).
Рис. 2. Поле скоростей в расчетной области 1
Рис. 3. Поле температур в расчетной области 1
В результате анализа полученных полей скоростей и температуры можно заключить, что наблюдаются возмущения в потоке дымовых газов, возникает область обратного тока (рис. 4). Как видно из рисунка 3, существенное охлаждение горячих газов происходит именно в области обратного тока.
Рис. 4. Обратный ток в расчетной области 1
Поток воздуха с высокой скоростью, проходящий через сужение, создаёт струю около стальной пластины, препятствующую конвективному теплообмену. Струя создаёт дополнительное термическое сопротивление и является своеобразным буфером между потоком горячих газов и пластиной. В результате пространство около стенки практически не нагревается (рис. 5).
Рис. 5 Область холодного воздуха
Нагрев стальной пластины за счет идет излучения горячего газа. Значение температуры на стенке приводится для внутренней границы (рис.6).
Рис. 6 Температура границы стальной пластины
Вывод: 1) в воздушном пространстве имеется существенная неоднородность поля температур и поля скоростей, обусловленная турбулентными завихрениями и пульсацией;
в воздушном пространстве имеет место обратное течение газов;
высокоскоростной поток газов мешает конвективному теплообмену около стальной пластины;
2.6. Расчет параметров горизонтальной струи.
Определение температурного поля, поля скоростей и поля концентраций в интересующем сечении струи; изучение зависимости высоты подъема струи от начальной температуры струи и диаметра сопла.
При создании модели сделаны следующие допущения:
на выходе из сопла профиль поля скоростей имеет прямоугольный вид, происходит ламинарное течение потока;
влияние ветра на снос струи не учитывалось;
изменение теплосодержания струи за счет диссипации энергии пренебрегается ввиду малости;
вытекание продуктов газовоздушной струи происходит не радиальное, а поступательное из торцевой части горелки
Этапы исследования:
1. Сбор исходных данных.
Геометрические размеры сопла.
Температура и скорость газовоздушной струи на выходе из сопла.
2. Математическое моделирование газодинамических и теплообменных процессов в струе.
Разрабатывается двумерная модель струи для расчета полей характеристик (задача 1) и для исследования высоты подъема струи (задача 2).
Задается расчетный шаг для каждой задачи.
Задаются начальные условия.
Выполнение расчетов и получение результатов.
3. Анализ результатов.
Исходные данные:
Приняты на основе существующего горелочного агрегата.
диаметр сопла – d0= 0,05 м;
температура продуктов сгорания – T0=400˚С;
скорость на выходе из сопла – w0=4 м/с.