Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Обухов А. Г., Сорокина Е. М.,
ВВЕДЕНИЕ
Данное учебное пособие посвящено описанию применения математического моделирования и численных методов для исследования сложных течений вязких сжимаемых теплопроводных газов в тепловых конвективных потоках. Рассматриваются процессы возникновения и динамики трехмерного нестационарного движения газа при учете силы тяжести как сжимаемой вязкой теплопроводной сплошной среды в тепловых конвективных потоках.
Возникновение конвекции заметно влияет на динамику потоков сплошной среды: значительно усиливаются теплообмен, диффузия, изменяются характерные скорости и другие характеристики потока. Такого рода явления могут играть как положительную, так и отрицательную роль в ряде технологических процессов. Ввиду этого, задача управления конвекцией является чрезвычайно актуальной. Неравномерный нагрев сплошной среды приводит, в силу теплового расширения, к появлению неоднородностей плотности. В поле силы тяжести это является причиной возникновения переменной по пространству силы и, как следствие, сложного движения среды.
Конвекция играет важную роль в ряде технологических процессов, эффективность которых может быть значительно улучшена подавлением или усилением конвекции. Так, например, в процессе выращивания кристаллов важно подавить развитие ячеистых возмущений, существенно ухудшающих свойства получаемого образца. Обратная ситуация наблюдается при растворении примесей и перемешивании веществ: важно усилить конвекцию, чтобы интенсифицировать указанные процессы. Таким образом, задачи управления конвекцией являются важными в технологических приложениях.
Несмотря на достаточно большое количество публикаций, обилие экспериментальных исследований, различных подходов в выборе математических моделей и способов их численной реализации, возможности адекватного описания и практического применения конвективных течений сплошной среды еще далеки от завершения. Математическое моделирование рассматривается как важный и часто единственный инструмент исследования сложных движений сжимаемой сплошной среды.
Основными целями предлагаемого учебного пособия являются:
1. Математическое моделирование трехмерных нестационарных течений газов при условии действия силы тяжести как сжимаемых вязких
теплопроводных сплошных сред в тепловом конвективном потоке, вызванном различным по конфигурации локальным нагревом подстилающей поверхности.
2. Численное построение решений полной системы уравнений Навье – Стокса, описывающих возникновение сложных трехмерных нестационарных течений газов в конвективных потоках и учитывающих диссипативные свойства вязкости и теплопроводности в областях с разными геометрическими характеристиками.
Результаты математического и численного моделирования сложных нестационарных трехмерных течений сжимаемого вязкого теплопроводного газа позволяют сформулировать конкретные рекомендации для более эффективной работы по обслуживанию и эксплуатации нефтепроводов и газопроводов. Не менее важны и рекомендации по хранению жидких и газообразных веществ в различных емкостях, контейнерах и хранилищах.