Различные гидродинамические процессы протекают в особых условиях. Тогда уже к знакомым физическим явлениям, основанным на гидродинамике тел, присоединяется теплообмен между изучаемыми объектами. Подобные процессы можно зафиксировать:
- в условиях свободной конвекции жидкости;
- в полях массовых сил;
- в реакторной установке атомной электростанции.
Гидродинамика и теплообмен в условиях свободной конвекции жидкости
Подобные процессы можно представить в виде определенной математической модели, где главным является рассмотрение теоретического решения задачи. Оно необходимо для определения профиля скоростей при осуществлении ламинарного движения жидкости. Все действия происходят в цилиндрическом вертикальном устройстве, где создаются условия свободной конвекции. Это явления имеет специфические признаки, так как различается по плотности в процессе изменения температурного режима, производимого в объеме аппарата.
После проведение расчетов исследователи получают два основополагающих уравнения. Они способны в полной мере описать профиль локальной скорости по радиусу аппарата в нисходящей и восходящей зонах движения жидкости. Также существует особый метод поиска радиуса. Он складывается из установленного ранее условия равенства расходов жидкости в рассматриваемых зонах. Этот радиус определяет внешнюю границу между разными зонами. Таким образом, ламинарный режим течения станет удовлетворять условиям задачи при разности температур на стенке в центральной зоне аппарата.
В результате получают ряд зависимостей. Они напрямую связаны между жидкостью и физическими свойствами, которые максимально приближены к характерным чертам простой воды. Все действия имеют смысл, если происходит изменения температуры по радиусу рассматриваемого аппарата по линейному закону. Режим течения в реальных условиях станет турбулентным.
При решении задачи теплообмена между жидкостью и стенкой аппарата. В жидкости должны взаимодействовать и развиваться дрожжевые клетки. Все происходит в нестандартных условиях развитой турбулентности. Для решения подобной задачи необходимо воспользоваться полуэмпирическим методом. Он основан на определенной аналогии, связанной с переносом количества теплоты и движения и трехслойной модели турбулентного потока.
Также необходимо ввести понятие закона четвертой степени затухания пульсаций, возникающих при турбулентных явлениях. Их обычно фиксируют в пристеночном слое аппарата, на котором проводится исследование. Если необходимо произвести расчеты с использованием динамической скорости, существует уравнение, где удельная тепловая мощность берется за определяющую величину. Он находится в зависимости от скорости прироста биологической массы.
Дополнительно для рассмотрения всего процесса вводят математическую модель зависимости скорости переноса количества движения от скорости протекания биологических процессов в дрожжевых клетках. Однако для всестороннего исследования необходимо уточнение численного значения эмпирического коэффициента, а также профиля температур в поперечном сечении аппарата. Это предполагается проведение дополнительных опытов.
Гидродинамика и теплообмен в реакторной установке
Рисунок 1. Реакторы идеального смешения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Исследователи рассматривают в качестве наглядной модели гидродинамических процессов с теплообменом работу реакторной установки на атомной электростанции. Существует ряд обоснований по возможности создания реактора с саморегуляцией, который имеет весьма небольшую тепловую мощность. Такие установки характеризуются большим сроком эксплуатации, которая может достигать шестидесяти лет.
Подобные реакторные установки характеризуются низким давлением в первом контуре охлаждения, а также обладают непревзойденной возможностью по передаче тепла от ядерного топлива установленному теплоносителю в первом контуре. Все операции проводятся за счет свойств теплопроводности.
В процессе обоснования первого контура реакторной установки выполняется ряд необходимых технологических решений. Среди них выделяют следующие требования:
- температурный режим у потребителей не может превышать отметку в 80 градусов по шкале Цельсия;
- температура теплоносителя в номинальном режиме становится ниже температуры кипения в условиях работы установки;
- в активной зоне максимальные значения температуры рабочего топлива не могут превышать установленные предельно допустимые показатели;
- в контурах системы не может быть высокое давление;
- у реактора применяется приемлемые габариты;
- установлены основные параметры и размеры для тягового участка контура, который используется при естественной циркуляции;
- имеет значение площади поверхности теплообмена на теплообменниках в первом и втором контуре;
- предоставлена возможность надежного отвода тепла от реактора в переходных и аварийных режимах рабочего процесса всей реакторной установки.
Теплообмен и гидродинамика в полях массовых сил
Рисунок 2. Гидродинамика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Вращающиеся системы обычно часто можно встретить в различных паровых или газовых турбинах, а также на объектах энергетики, теплоэнергетики, двигателях внутреннего сгорания, авиационных двигателях, химической промышленности и иных промышленных массообменных аппаратах.
Сегодня исследователи собрали достаточно большой опыт по экспериментальным данным, где устанавливаются локальные и интегральные параметры теплообмена для разных вращающихся устройств и систем в гидродинамике. Теоретический уровень оказался не столь значителен, поэтому стали вырабатываться различные подходы к моделированию вращающихся течений. Они возникали на уровне точных самостоятельных моделей математических решений. Среди них выделяют уравнения Навье-Стокса. Энергии в численном виде для многих важных задач, но для ряда задач возможные автомодельные формы уравнений и энергии оказались не найденными. Поэтому для поиска результата принято разрабатывать дополнительные исследования.
