5. Учет многокомпонентности состава смеси и фазовых переходов

Актуальной проблемой газотермодинамики ГП является разработка теории и методов расчета движения природных газов.Здесь важны задачи: 1) Оценки выпадения конденсата или образования гидратов в ТП; 2) Учета сужения поперечного сечения однофазного потока в связи с появлением отложений гидратов на стенках ТП; 3) При выпадении жидкого конденсата образуется двухфазный газожидкостной поток. В этом случае на характер движения и гидравлическое сопротивлениеоказываетт влияние профиль трассы ТП: в пониженных местах накапливается жидкость, в высоких – образуются “воздушные подушки”, в определенных местах имеется вынос скоплений газа и жидкости.

6. Взвесенесущие и газожидкостные потоки

В анализе течений переменного состава в турбулентном режиме существует проблема замыканий осредненных уравнений на уровне фаз. Здесь более распространенным представляется метод осреднения Фавра:

, где φ={h, T, v, c_j}. (5)

Определенный шаг в построении теории многокомпонентных потоков был сделан Ф.И. Франклем, Г.И. Рабенблатом. Так, Ф.И. Франкль построил теории и систему гидродинамических уравнений взвесенесущего потока (уравнений отдельно для фаз и компонент потока); Г.И. Рабенблат использует идеи А.Н. Колмогорова о балансе турбулентной энергии потока в описании турбулентного движения многокомпонентной и многофазной среды. Здесь основное физическое предположение: допущение о малости размеров взвешенных частиц по сравнению с характерным масштабом турбулентности. Это допущение позволяет считать, что мелкие частицы образуют как бы непрерывно распределенную в несущей среде примесь.

1. Положения теории х.А. Рахматуллина в описании многофазных потоков

Это направление позволяет рассматривать движение смеси как взаимопроникающее движение нескольких континуумов (фаз) с введением для каждой фазы своих полей скорости, давлений, осредненных плотностей, концентраций фаз и т.д. Причем уравнения движения записываются отдельно для каждой фазы, а силовое взаимодействие между компонентами учитывается введением сил взаимодействия, которые для всей системы являются внутренними.

Для описания двухскоростной двухтемпературной сплошной среды со взвешенными частицами при наличии фазовых переходов используются идеи Р.И. Нигматуллина, которые следуют из теории Франкля, Рахматтулина.

Сточки зрения гидродинамики и теплообмена важными представляются положения этих теорий:

1. Если частицы взвешены в газовом потоке их размеры не слишком малы, т. ч. Период крупномасштабных пульсаций мал по сравнению с характерным временем увеличения частиц потоком – периодом релаксации), то средняя квадратичная скорость относительного движения частиц совпадает со средней квадратичной скоростью турбулентных пульсаций газа.

2. Частица обладает большой инерционностью, что пульсации даже самых крупных масштабов практически не успевают привести ее в движение. Такая частица почти “неподвижна” и обтекается пульсациями всех масштабов.

3. Наличие в потоке твердых частиц уменьшает степень турбулентности потока: несовпадение локальных скоростей жидкой и твердой фазы обусловливает появление сил сопротивления. Это ведет к дополнительной диссипации энергии флуктуаций и гашению турбулентности.

4. В отношении влияния взвешенных частиц на турбулентность в общем случае нет единого мнения: необходима работа по сопоставлению методики и условий эксперимента.

Основные выводы.

1. Коэффициент сопротивления для взвешенной смеси больше, чем для чистой среды. И он возрастает с ростом концентрации.

2. Профиль скорости в случае крупных частиц взвеси “полнее”, чем для чистой среды.

3. Константа Кармана уменьшается с ростом концентрации для мелкой взвеси, но возрастает для крупной.