Виникнення автоколивань тиску в потоках теплоносіїв та розроблення механізмів зменшення амплітуди цих коливань

Анотація

Автоколивання тиску, що виникають в елементах енергетичного обладнання з внутрішнім підведенням теплоти, можуть у ряді випадків погіршувати роботу цього обладнання. При високих амплітудах автоколивань можуть створюватися умови для його пошкодження. Термоакустичні автоколивання є наслідком нестійкості течії. Відомим прикладом процесів, що супроводжуються генерацією термоакустичних автоколивань, є вібраційне горіння, що спостерігається в ракетних двигунах, в підігрівачах повітря для доменних печей та ін. З метою визначення характеристик автоколивань тиску виконуються чисельні дослідження природної конвекції у вертикальному каналі при внутрішньому локальному виділенні теплоти. Виділення теплоти від внутрішніх джерел відбувається на обмеженій ділянці каналу, що знаходиться ближче до його вхідного перерізу. Біля вихідного перерізу каналу розташовується система коаксіальних циліндричних тіл, що утворюють додатковий місцевий гідравлічний опір повітряній течії. Характеристики повітряної течії в каналі, що супроводжується автоколиваннями швидкості і тиску, визначаються з чисельного розв’язання системи рівнянь динаміки і перенесення теплоти для стисливого середовища з урахуванням залежності теплофізичних властивостей повітря від температури. За результатами цього розв’язання визначаються поля швидкості, тиску й температури в потоці. Показано, що зміни в часі швидкості й тиску в потоці мають характер коливань зі змінною амплітудою. Коливання швидкості на виході з каналу протікають у протифазі з коливаннями швидкості на вході в канал. Знайдено амплітуди та частоти цих коливань. Визначено заходи, що сприяють зменшенню амплітуди коливань тиску в потоці. Серед них – розосередження джерела внутрішнього виділення теплоти та зменшення місцевого гідравлічного опору. Ці заходи можна застосовувати для зменшення негативного впливу автоколивань на енергетичне обладнання.