Гупта А. и др.
Закрученные потоки: Пер. с англ./Гупта А., Лилли Д., Сайред Н.— М.: Мир, 1987.
Монография специалистов из Великобритании и США. в которой рассматриваются самые разные аспекты теории, моделирования, численных расчетов, экспериментальных методов исследования и практического применения закрученных потоков. Рассмотрено влияние закрученности потока на процессы горения, сепарации частиц в конкретных промышленных установках, предложены методы повышения эффективности работы устройств, полноты сгорания и устойчивости горения, эффективности сепарации и др. Изложены методы борьбы с шумом, возникающим при горении.
Для инженеров и специалистов в области гидродинамики, горения, контроля окружающей среды, а также для аспирантов и студентов старших курсов.
Предисловие редактора перевода
Закрученные потоки в связи с их многочисленными практическими приложениями представляют собой важный раздел современной гидро- и аэродинамики. Сложность этих течений стимулирует использование при их изучении самых современных методов исследования. Повсеместно осваиваемые методы численного моделирования, различные тонкие методы измерений, в том числе и бесконтактные, которые перестают быть достоянием отдельных исследовательских лабораторий и получают все более широкое распространение, позволяют надеяться на значительный прогресс в изучении и предсказании свойств и структуры сложных гидродинамических процессов, в том числе течении с закруткой. Данная книга в значительной мере учитывает эти возможности и достаточно полно отражает достижения в исследовании турбулентных течений с закруткой и горением. Авторы приводят многочисленные примеры современных экспериментальных исследований и численного моделирования рассматриваемых процессов.
В книге представлены самые разные темы и соответствующие экспериментальные результаты: от уникальных данных о «мгновенной» структуре сильнозакрученного течения с зоной рециркуляции и прецессирующим вихревым ядром до численного расчета трехмерного течения с горением с учетом кинетики в топках циклонного типа; от проблем шума и загрязнения окружающей среды до анализа образования вихревых структур в атмосфере; от камер сгорания газотурбинных авиационных двигателей и двигателей внутреннего сгорания до сепараторов пыли, топок и печей различного назначения. Представлены как большое количество схем различных технических устройств, в том числе решающих задачи экономичного и чистого горения (камеры сгорания ГТД, топки, циклоны, вихревые горелки), так и обширный материал численных расчетов, выполненных коллективами исследователей, разрабатывающих и реализующих различные методы численного моделирования газодинамических процессов.
Кроме закрутки имеется еще ряд факторов, которые осложняют рассмотрение течения: турбулентность, горение, необходимость учета кинетики и трехмерности. Кроме того, при наличии в закрученном потоке прецессии вихревого ядра течение нельзя считать стационарным (этот факт отмечен авторами книги, однако он не учитывается при численном моделировании) Приведено множество примеров численных расчетов и результатов сопоставления их с экспериментальными данными. Эти примеры показывают, насколько трудно моделировать указанные процессы. Хотя в отдельных случаях можно добиться удовлетворительных результатов, используя двухпараметрические модели турбулентности и полагая коэффициенты турбулентного переноса скалярными величинами, оказывается, что в случае закрученных течений проявляются такие особенности процесса турбулентного переноса, для описания которых в рамках градиентного механизма необходимо учитывать анизотропию характеристик переноса
Авторы показывают, что в значительном количестве случаев для описания процесса горения можно использовать различные модели: диффузионный факел, реактор интенсивного смешения или учитывать кинетические процессы с помощью «простой» или «расширенной кинетической схемы» Зельдовича. Однако при расчете образования вредных примесей, в частности окислов азота, этого, как правило, не достаточно. В книге приведены примеры расчетов со сложными схемами кинетических процессов, достаточно адекватно описывающими образование вредных примесей в продуктах сгорания.
Данная книга содержит большое количество фактического материала, результатов экспериментальных исследований течений с закруткой, измерений турбулентных пульсаций, времени пребывания и других характеристик течения как при наличии горения, так и без него. Приведено множество примеров организации рабочего процесса в газотурбинных двигателях, двигателях внутреннего сгорания, топках и циклонах различных типов, позволяющей повысить экономичность и снизить вредные выбросы. Приведены также данные, характеризующие гидравлические потери и сопротивление в циклонах, эффективность сепараторов частиц.
При таком разнообразии тем и данных авторам было трудно избежать повторов и недостаточной полноты в изложении ряда важных вопросов. Однако обширная библиография компенсирует последний недостаток. В ней широко представлены зарубежные источники, имеется и значительное число ссылок на работы советских авторов. Тем не менее представляется целесообразным дополнить библиографию книги некоторыми работами отечественных авторов. Приведенный с этой целью в конце книги список дополнительной литературы не претендует на полноту. В нем указаны монографии и статьи, тематика которых отражает вопросы и проблемы, рассмотренные в данной книге: турбулентные закрученные струи и закрученные течения, модели турбулентности, теплообмен и перенос массы в закрученных потоках, процессы горения и устройства для организации горения, сепарация частиц, процессы генерации шума. Список дополнительной литературы начинается с библиографического указателя, изданного Институтом теплофизики СО АН СССР, в котором дана достаточно исчерпывающая подборка литературы по закрученным течениям за период 1969— 1974 гг. В списке дополнительной литературы помещены также ссылки на имеющиеся переводы книг зарубежных авторов и оригинальные статьи советских авторов, упомянутых в авторской библиографии.
Книга переведена коллективом специалистов: гл. 4 перевел канд. техн. наук В. И. Васильев; разд. 3.2, 3.3 гл. 3 и гл. 5 — Р. Н. Гизатуллин; предисловие, гл. 2 и 6 — канд. техн. наук А. А. Горбатко; гл. 1 и разд. 3.1, 3.4, 3 5 гл. 3 — канд. физ.-мат. наук В И. Расщупкии.
Москва,
С. Ю. Крашенинников
март 1986 г.
