авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР На правах рукописи ...»

-- [ Страница 3 ] --

Приведены результаты и анализ измерений осредненных и пульсационных скоростей 200 мкм частиц стекла (см. Рис. 2.30, 2. Гл.2) при их осаждении в гладкой и формованной лунками трубах, а также в нисходящем запыленном турбулентном потоке воздуха. Целью данного исследования являлось изучение влияния столкновений частиц со стенками канала на характеристики движения дисперсной фазы.

4.2. Введение Столкновительное взаимодействие частиц со стенкой может приводить к значительному изменению характеристик как дисперсной, так и несущей фазы. Явление столкновительного взаимодействия частиц с шероховатой стенкой горизонтального канала подробно изучалось экспериментально и теоретически численным моделированием с помощью Лагранжева подхода в [1–3]. Было найдено, что частицы в результате беспорядочных соударений с шероховатой стенкой увеличивают поперечную неравномерность рассредоточения частиц по сечению канала, что также ведет к дальнейшему росту частоты столкновений частиц со стенкой. Это явление заметно снижает скорость транспортного переноса частиц вдоль канала. Также шероховатость увеличивает значение обеих компонент интенсивности пульсаций осредненной скорости частиц. С ростом загрузки частиц и, следовательно, с ростом интенсивности межчастичного взаимодействия наблюдалось снижение пульсаций скорости частиц.

В дополнение к вышеупомянутым результатам нами была предпринята попытка изучения характеристик дисперсной фазы при наличии процесса столкновения частиц со стенкой в запыленном потоке в вертикальных каналах.

Выбор режимных параметров на Режимах №3 и 4 для физического моделирования нисходящего запыленного течения с интенсивным взаимодействием частиц со стенками канала производился с помощью предварительной оценки «столкновительного» числа Стокса.

4.3. Теоретическая оценка интенсивности столкновений частиц со стенками канала Интенсивность столкновений присутствующих в запыленном потоке частиц со стенками канала зависит от многих параметров: степени турбулентности несущего газа, скорости транспортного переноса, концентрации и инерционных свойств частиц, геометрии канала, наличия неровностей и шероховатости стенок, упругости удара [1, 2, 4– 7]. В работах [1, 8, 9] показано, что процесс соударения частиц со стенкой зависит как от геометрии стенки (параметры шероховатости, размер неровностей и т.д.), так и от относительного размера частиц.

Геометрия стенки может быть охарактеризована целым рядом параметров, основными из которых являются: средняя глубина неровности и ее средний период. В работе [1] сделан вывод о том, что максимальный диапазон возможных значений угла падения (отражения) вследствие геометрической неровности стенки достигается на мелких частицах, размер которых меньше среднего периода неровности.

Безразмерным параметром, характеризующим влияние процесса взаимодействия частиц со стенкой на движение дисперсной фазы, является «столкновительное» число Стокса, имеющее вид p Stk cw =, (4.1) cw где p – время динамической релаксации частицы, cw – среднее время между столкновениями со стенкой.

Величина данного «столкновительного» числа Стокса определяет наличие или отсутствие влияния соударений частиц со стенкой канала на их динамику. Если Stk cw 1, то частицы быстро восстанавливают свою первоначальную скорость и столкновения со стенкой практически не оказывают влияния на движение частиц. В другом предельном случае время между соударениями намного меньше времени динамической Stk cw релаксации частиц и движение дисперсной фазы в значительной степени определяется процессами столкновений со стенкой канала.

Далее определим число Стокса при допущении, что отскочившая от стенки частица достигает противоположной стенки канала, т.е.

реализуется «зигзагообразное» [2] движение дисперсной фазы.

Основными характеристиками процесса столкновений частиц со стенками канала, ограничивающими гетерогенное течение, являются частота столкновений частиц со стенкой, время и длина свободного пробега между последовательными соударениями.

Средняя длина свободного пробега частиц между последовательными соударениями со стенкой канала в осевом направлении l cw, отнесенная к высоте (диаметру) канала D, равна отношению продольной (осевой) и поперечной составляющей осредненных скоростей частиц V x и V y соответственно, т.е.

l cw V x =. (4.2) D Vy Заметим, что перемещаются частицы при «зигзагообразном»

характере движения дисперсной фазы относительно оси канала одновременно в разных направлениях (в вертикальном канале для двухмерного случая – «вправо» и «влево»), а значение осредненной скорости в поперечном направлении близко к нулю. Вместо значения V y при проведении оценок по соотношению (4.2) удобно использовать получаемое из экспериментов значение среднеквадратичной пульсационной скорости частиц в радиальном направлении ( v y2 )1 / 2 [2] l cw Vx =. (4.3) D ( v 2 )1 / y При проведении оценок в первом приближении можно предположить, что ( v y2 )1 / 2 = k V x, (4.4) где эмпирический коэффициент k = 0,05 0,1.

Среднее время между соударениями cw определяется следующим образом:

l cw cw =. (4.5) Vx Используя соотношения (4.3) и (4.4), выражение (4.5) перепишем как D cw =. (4.6) k Vx С учетом (4.6) «столкновительное» число Стокса (4.1) приобретает вид p k Vx Stk cw =. (4.7) D Из отношения (4.7) видно, что с ростом инерционности частиц, увеличением их скорости и уменьшением диаметра (ширины) канала соударения со стенками канала будут оказывать все большее влияние на движение дисперсной фазы. В каналах с шероховатой стенкой, как показали предыдущие исследования [2], эффект стенки сильно увеличивается также с ростом скорости несущего газа.

4.4. Результаты исследования Метод измерений. На Режимах №3 и №4 измерения мгновенных скоростей твердых частиц проводились на основе метода лазерной [10–13].

доплеровской анемометрии Параметры воздуха не контролировались ввиду сложности одновременных ЛДА-измерений параметров частиц и воздуха при концентрациях частиц в потоке M O (10).

На Режиме №3 измерения полей скоростей твердых частиц при выходе из рабочих участков проводились методом PIV (Particle Imaging Velocimetry) c помощью измерительного комплекса «ПОЛИС»

(Институт теплофизики СО РАН).

Средняя по измерительному сечению массовая расходная концентрация твердых частиц определялась весовым способом и варьировалась посредством установки крышек питателя с отверстиями разных диаметров. Относительная локальная массовая концентрация частиц в измерительном сечении измерялась с помощью методики [14].

4.4.1. Гравитационное осаждение. Режим № В данном разделе приведены результаты изучения характеристик движения частиц стекла при их гравитационном осаждении в неподвижном воздухе в узких вертикальных трубах, имеющих разный тип поверхности стенок.

Методика исследования. С целью постановки модельного эксперимента по исследованию влияния типа поверхности стенки («гладкая» или «развитая») на движение дисперсной фазы была предпринята попытка изучения поведения частиц при их осаждении в гладкой и формованной лунками трубах (одинакового диаметра) в неподвижном воздухе. Такая постановка позволяет исключить из рассмотрения особенности движения несущей газовой фазы вблизи неровностей (лунок), а также пренебречь влиянием взаимодействия частиц с воздухом на появление различий в поведении частиц при их осаждении в гладкой и формованной лунками трубе. Предварительные оценки показали, что средняя по сечению трубы скорость порождаемых сильнозапыленным потоком спутных течений воздуха в таком случае не должна превышать значения 5–10 см/c.

Рабочие параметры. Схема измерений показана на Рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема измерений:

1 – лазер;

2 – блок передающей оптики ЛДА;

3 – зеркало;

4 – питатель;

5 – ФЭУ;

6 – труба гладкая;

7 – труба формованная лунками Частицы загружались в питатель емкостью 2 л и сыпались вниз в рабочий участок через систему отверстий в крышке питателя под действием собственной тяжести.

В проведенных экспериментах [15] использовались два опытных рабочих участка. На Режиме №3А гладкая и на Режиме №3Б формованная лунками (Рис. 4.2) трубы с толщиной стенки 0,6 мм одинаковой длины (420 мм) и диаметра ( D = 17,3 мм), изготовленные из нержавеющей стали. Профилирование внутренней поверхности трубы лунками производилось методом объемной штамповки путем вдавливания шариков диаметром 3 мм на глубину 0,3 мм. Лунки располагались в шахматном порядке (Рис. 4.3). Количество лунок равнялось 1391. Все измерения проводились в одном сечении на расстоянии 3 мм от среза труб. Расход частиц определялся весовым способом и был постоянным на протяжении всего эксперимента.

Рис. 4.2. Внешний вид формованной лунками трубы Рис. 4.3. Схема расположения лунок Предварительная оценка интенсивности столкновений. Для рабочих участков с данными геометрическими размерами были проведены расчеты возможных режимов осаждения разных по плотности и размеру частиц. Предварительные оценки позволили выбрать в качестве дисперсной фазы с учетом отношения размера частиц к размеру неровностей (диаметр лунок для формованной трубки, см. Рис. 4.3) частицы стекла диаметром d p = 200 мкм (среднее квадратичное отклонение диаметра – 16 мкм) с плотностью p = кг/м3. Для режима осаждения данных частиц ( p = 0,14 с) в неподвижном воздухе с помощью (4.7) несложно получить, что Stk cw 0,6.

Результаты и обсуждение. Измеренные профили локальной массовой концентрации частиц стекла по сечению трубы показаны на Рис. 4.4 ( r - расстояние от оси трубы;

R = D 2 - радиус трубы). Видно, что распределение частиц более однородно для случая трубы с лунками.

В обоих случаях локальная концентрация частиц выше в осевой области трубы и меньше в пристенной зоне. При фиксированном и одинаковом для обеих труб значении массовой расходной концентрации частиц в M = 5, потоке величины массовых концентраций равны и M = 5,4 для гладкой и формованной лунками трубы соответственно.

M 0 3 6 r, мм Рис. 4.4. Распределения массовой концентрации частиц стекла диаметром 200 мкм по сечению трубы:

1 – гладкая труба M = 5,0;

2 – формованная лунками труба M = 5, Пример измеренного с помощью метода PIV мгновенного поля скоростей частиц стекла диаметром 200 мкм при выходе из рабочего участка приведен на Рис 4.5.

В результате ЛДА-измерений были получены распределения двух составляющих (осевой и радиальной) осредненных и среднеквадратичных пульсационных скоростей частиц стекла при осаждении в гладкой и формованной трубах. Данные распределения представлены на Рис. 4.6–4.9.

а) б) а) б) Рис.4.5. Мгновенные поля скоростей частиц стекла диаметром 200 мкм при выходе из трубы:

а – гладкая труба;

б – формованная лунками труба Распределения осевой составляющей осредненных скоростей частиц V x ( r ) показаны на Рис. 4.6. Из приведенных данных видно, что профили продольной скорости частиц практически однородны. Также из Рис. 4.6 следует, что осевая скорость частиц при движении в гладкой трубе выше соответствующей характеристики в случае формованной трубы по всему измерительному сечению. По-видимому, этот эффект связан с ростом частоты столкновений частиц со стенкой формованной трубы и, следовательно, диссипацией частицами их импульса.

Таким образом, эксперименты отчетливо выявили снижение (около 8%) скорости транспортного переноса частиц при их движении в трубе с лунками. Эффект снижения осевой составляющей осредненных скоростей частиц при течении в горизонтальном канале с шероховатой стенкой был выявлен также в работах [1, 2, 4, 5]. Отметим одно важное обстоятельство. Уменьшение осевой скорости движения частиц приводит к росту их средней (по сечению трубы) массовой концентрации.

4 V x, м/с -9 -6 -3 0 3 6 r, мм Рис. 4.6. Распределения осевой составляющей осредненной скорости частиц стекла диаметром 200 мкм:

1 – гладкая труба;

2 – формованная лунками труба При фиксированном и одинаковом для обеих труб значении массовой расходной концентрации частиц в потоке величины массовых концентраций были равны M = 5,0 и M = 5,4 для гладкой и формованной лунками трубы соответственно (см. Рис. 4.4).

На Рис. 4.7 показаны распределения интенсивности пульсаций осевых составляющих скоростей частиц стекла. Данная характеристика определялась следующим образом: V = ( v 2 )1 / 2 / V x, где ( v 2 )1 / 2 – x x x средняя квадратичная пульсационная скорость частиц в осевом направлении, V x – осевая составляющая локальной осредненной скорости частиц.

Vx, % 25 -9 -6 -3 0 3 6 r, мм Рис. 4.7. Распределения интенсивностей пульсаций продольной составляющей скорости частиц стекла диаметром 200 мкм:

1 – гладкая труба;

2 – формованная лунками труба Из этого рисунка видно, что интенсивность пульсаций осевых составляющих скоростей частиц в случае их осаждения в гладкой трубе практически одинакова по всему измерительному сечению и равна Vx 7%. Из Рис. 4.7 следует, что данная характеристика в случае формованной трубы существенно выше по всему измерительному сечению и равна Vx 18%.

Таким образом, измерения выявили значительный рост (до 3-х раз) интенсивности продольных пульсаций скоростей частиц при их движении в формованной лунками трубе.

Эффект существенного увеличения пульсационной скорости частиц при их движении в канале с шероховатой стенкой был также рассмотрен в работах [1, 2, 4, 5]. Вероятно, обнаруженное в наших экспериментах явление можно объяснить следующим образом.

В случае с формованной лунками стенкой, по-видимому, реализуется [2].

«зигзагообразное» движение частиц Такое движение характеризуется тем, что частица после соударения со стенкой достигает противоположной поверхности стенки канала. При этом поперечная составляющая осредненной скорости частиц становится отличной от нуля. Перераспределение компонент осредненной скорости частиц приводит к уменьшению осевой составляющей осредненной скорости (см. Рис. 4.6), которое при измерениях ассоциируется как некоторая пульсационная скорость.

Также появление поперечной составляющей скорости приводит к росту частоты столкновений частиц со стенкой трубы, а также к росту межчастичных столкновений. При этом происходит диссипация импульса частиц, ведущая к уширению распределения осевой составляющей скорости частиц, что также является причиной наблюдаемого в экспериментах роста пульсаций скоростей.

Распределения радиальной составляющей осредненной скорости частиц Vr ( r ) показаны на Рис. 4.8. Можно видеть, что значение этой характеристики в случае осаждения частиц в гладкой трубе близко к нулю (отклонения находятся в пределах погрешности экспериментов). В формованной лунками трубе распределение радиальной скорости носит отличительный характер. Частицы приобретают поперечную скорость после соударения с «левой» и «правой» стенками трубы. Тем не менее вблизи оси трубы имеется область (-3мм r 3мм), в которой значение поперечной скорости также близко к нулю. Вероятно, это является следствием того, что в указанной области в каждой измерительной точке течение симметрично (имеются частицы с практически равными, но противоположными по знаку значениями поперечной скорости).

0,4 V r, м/с 0, -0, -0, -9 -6 -3 0 3 6 r, мм Рис. 4.8. Распределения радиальной составляющей осредненной скорости частиц стекла диаметром 200 мкм:

1 – гладкая труба;

2 – формованная лунками труба Из Рис. 4.8 видно, что в периферийной области ( r 6 мм) значения радиальной составляющей осредненной скорости частиц отличны от нуля. По-видимому, указанная выше «симметрия» поперечных скоростей частиц нарушается, так как измерения проводились на некотором расстоянии (3 мм) от среза трубы.

На Рис. 4.9 показаны распределения интенсивностей пульсаций радиальной составляющей скоростей частиц стекла. Данная характеристика определялась следующим образом: V = ( v r2 )1 / 2 / V x, r где ( v r 2 )1 / 2 – средняя квадратичная пульсационная скорость частиц в радиальном направлении.

Vr, % 25 -9 -6 -3 0 3 6 r, мм Рис. 4.9. Распределения интенсивностей пульсаций радиальной составляющей скорости частиц стекла диаметром 200 мкм:

1 – гладкая труба;

2 – формованная лунками труба Из приведенных данных следует, что распределение интенсивности поперечных пульсаций скорости частиц в случае их осаждения в гладкой трубе практически однородно и Vr 3%. Отчетливо видно, что интенсивность поперечных пульсаций скорости в формованной трубе существенно выше по всему измерительному сечению и Vr 15%, составляет что является следствием интенсивного столкновительного взаимодействия частиц со стенкой трубы, приводящего к появлению дополнительной поперечной составляющей скорости.

Выше уже отмечалось, что в каждой точке измерений присутствуют частицы, имеющие практически одинаковые по величине, но противоположные по знаку поперечные скорости. Это приводит к уширению распределения радиальной составляющей скоростей частиц, что является причиной наблюдаемого в экспериментах роста пульсаций скоростей в рассматриваемом направлении.

На Рис. 4.10 и 4.11 представлены фотографии исследуемого течения в гладкой и формованной лунками трубе. Отчетливо видно, что при выходе из рабочего участка при осаждении частиц в формованной лунками трубе наблюдается расширение «струи». Данное обстоятельство свидетельствует о наличии поперечной составляющей скоростей частиц.

а) Рис. 4.10. Фотографии рабочего участка (гладкая труба) б) Рис. 4.11. Фотография рабочего участка (формованная лунками труба) 4.4.2. Нисходящее течение. Режим № В данном разделе приведены результаты исследования особенностей поведения твердых частиц в нисходящем турбулентном потоке воздуха в вертикальной трубе с учетом столкновительных взаимодействий со стенками канала.

Методика исследования. Влияние скорости несущего газа и массовой концентрации дисперсной фазы на интенсивность столкновений частиц со стеками канала было изучено в нисходящем турбулентном запыленном потоке воздуха. Для этой цели по сравнению с работами [16, 17] использовались более инерционные частицы стекла диаметром d p = 200 мкм с плотностью p = 2550 кг/м3 и более узкая труба в качестве рабочего участка.

Рабочие параметры. Схема экспериментальной установки показана на Рис. 2.22. (см. Гл. 2). Частицы загружались в питатель емкостью 2 л и сыпались вниз в рабочий участок через отверстие в крышке питателя под действием собственной тяжести. Запыленный поток образовывался при смешении частиц с основным потоком воздуха поступающего в трубу через ресивер. Рабочим участком являлась гладкая труба из нержавеющей стали с внутренним диаметром D = 25 мм. Все измерения проводились при осредненной скорости несущего воздуха U xc = 3,6 м/с ( Re D = 5400 ) в одном сечении на расстоянии L = 1130 мм ( L / D 45 ) от места ввода частиц в рабочий участок для трех значений концентраций частиц – M = 0,4, M = 1,0 и M = 3,5.

Предварительная оценка интенсивности столкновений. Число Stk cw на этих режимах по предварительно оценке превышало данный параметр для гладкой трубы на Режиме №3 в два раза и равнялось Stk cw 1,2.

Результаты и обсуждение. Измеренные профили локальной массовой концентрации частиц стекла по сечению трубы показаны на Рис. 4.12 ( r – расстояние от оси трубы;

R = D 2 - радиус трубы). Видно, что распределения частиц однородны кроме случая большой концентрации. При большой концентрации частиц в потоке локальная концентрация частиц выше в осевой области трубы и меньше в пристенной зоне. Это объясняется недостаточной длиной трубы для получения равномерного распределения частиц в турбулентном потоке воздуха по сечению трубы.

С ростом концентрации частиц их распределение перестает быть равномерным. Так в осевой зоне трубы локальная концентрация частиц превышает, а вблизи стенки трубы, соответственно, становится ниже ее среднего по сечению значения. Это, вероятно, связано с тем, что подача частиц осуществляется в осевой зоне, а длина трубы не достаточна для того, чтобы поток воздуха успел выровнять поле концентрации частиц по всему сечению.

Распределения продольной и составляющих осредненной скорости «чистого» воздуха и частиц стекла при различных значениях концентрации последних приведены на Рис. 4.13.

M 1 0 2 4 6 8 10 r, мм Рис.4.12. Распределение массовой концентрации частиц стекла диаметром 200 мкм по сечению трубы в нисходящем турбулентном потоке воздуха (Uxc = 3,6 м/с;

ReD = 5400):

1 – M = 0,4;

2 – M = 1,0;

3 – M = 3, Из этого рисунка видно, что продольная составляющая осредненной скорости частиц стекла выше соответствующей характеристики для несущего воздуха по всему сечению трубы. При разгоне частиц в потоке с постоянным значением осредненной скорости, необходимо учитывать инерционность частиц по отношению ко времени изменения осредненной скорости газа. Основным критерием стабилизации гетерогенного потока является полнота (завершенность) разгона частиц к измерительному сечению, которая характеризуется их числом Стокса в осредненном движении Stk f (см. Гл. 1). Для используемых частиц стекла и условий настоящего исследования Stk f = 0,4.

U x, V x, м/с 2 0 2 4 6 8 10 r, мм Рис.4.13. Распределения осредненной скорости «чистого» воздуха (1) и частиц стекла диаметром 200 мкм (2 – 4) в нисходящем турбулентном потоке воздуха (Uxc = 3,6 м/с;

ReD = 5400):

1 – M = 0;

2 – M = 0,4;

3 – M = 1,0;

4 – M = 3, На Рис. 4.13 видно, что профиль осредненной скорости частиц более пологий по сравнению с соответствующим профилем для несущей фазы.

Наблюдаемый рост средних скоростей частиц при увеличении их концентрации можно объяснить двумя причинами. Во-первых, рост концентрации частиц приводит к изменению их аэродинамического сопротивления в потоке. Во-вторых, при наличии динамического скольжения между фазами в осредненном движении из-за интенсивного обмена импульсом между газом и частицами рост концентрации частиц приводит к ускорению несущего воздуха.

На Рис. 4.14 показаны профили продольной составляющих интенсивности пульсаций скорости «чистого» воздуха и частиц стекла при различных значениях их концентрации. Из Рис. 4.14 видно, что интенсивность продольных пульсаций скорости частиц в приосевой области трубы равна Vx = ( v 2 )1 / 2 / V x 7% (V x – продольная x составляющая локальной осредненной скорости частиц) при малой концентрации частиц ( M = 0,4 ) и превосходит соответствующую характеристику для воздуха – U x = ( u 2 )1 / 2 / U xc 5,5% ( U xc – x продольная составляющая осредненной скорости воздуха на оси трубы).

18 Ux, Vx, % 16 0 2 4 6 8 10 r, мм Рис.4.14. Распределения продольной составляющих интенсивности пульсаций скоростей «чистого» воздуха (1) и частиц стекла диаметром 200 мкм (2 – 4) в нисходящем турбулентном потоке воздуха (Uxc = 3,6 м/с;

ReD = 5400):

1 – M = 0;

2 – M = 0,4;

3 – M = 1,0;

4 – M = 3, С ростом концентрации частиц интенсивность пульсаций их скоростей в указанной области снижается и становится равной V x 6,5% и Vx 6% при M = 1 и M = 3,5 соответственно.

Возможны несколько причин появления наблюдаемых пульсаций скорости частиц. Одна из причин в турбулентном потоке это – вовлечение частиц в пульсационное движение турбулентными вихрями несущей фазы. Инерционность частиц в крупномасштабном пульсационном движении характеризуется соответствующим числом Стокса Stk L (см. Гл. 1). Для использованных частиц стекла и условий описываемого исследования из для оси трубы Stk L 6. Из этого следует, что данные частицы плохо вовлекаются в крупномасштабное пульсационное движение, а следовательно имеют другую природу пульсационного движения.

Во-вторых, наблюдаемые пульсации скорости частиц, как видно из предыдущей главы и показано в [16, 17], могут происходить вследствие их полидисперсности, т.е. наличия в потоке частиц различных размеров и, как следствие, имеющих различные значения осредненных скоростей.

Присутствие в потоке частиц с разными скоростями делает возможным их столкновение друг с другом. При высокой концентрации частиц столкновения между ними начинают играть определяющую роль в формировании статистических характеристик дисперсной фазы.

Проведем теоретические оценки величин «столкновительных» чисел Стокса частиц для наших экспериментальных условий. Принимая во внимание, что среднее квадратичное отклонение диаметра 10 %, представим полидисперсные частицы с номинальным диаметром мкм как состоящие из двух фракций с частицами размером 180 и мкм. С помощью (3.26) получим Stk c 0,1, Stk c 0,25 и Stk c 0,88 для значений массовой концентрации частиц M = 0,4, M = 1,0 и M = 3,5 соответственно.

Значения “столкновительных” чисел Стокса показывают, что межчастичные соударения могут оказывать значительное влияние на параметры движения частиц (в частности, на осредненную скорость).

Межчастичный обмен импульсом приводит к выравниванию скоростей дисперсной фазы, что является фактором, способствующим снижению интенсивности пульсаций скоростей частиц вследствие их полидисперсности.

С уменьшением расстояния от стенки трубы продольная составляющая интенсивности пульсаций скорости частиц существенно возрастает (см. Рис. 4.14). С ростом концентрации частиц интенсивность пульсаций их скоростей вблизи стенки уменьшается из-за межчастичного взаимодействия. Вероятно, большие значения интенсивности пульсаций вблизи стенки объясняются, во-первых, из-за изменения скоростей частиц в процессе взаимодействия частиц со стенкой канала, и, во вторых, миграцией частиц в области со сдвигом осредненной скорости дисперсной фазы [17] (см. Рис. 4.13).

Оценка интенсивности процесса столкновений для 200 мкм частиц со стенками канала с помощью «столкновительного» числа Стокса при допущении, что отскочившая от стенки частица достигает противоположной стенки канала при этих экспериментальных условиях показывает Stk cw 1,2. Можно сделать вывод, что на данном режиме должно было происходить интенсивное столкновение частиц со стенками вертикальной трубы, эффект которого наблюдался в пристеночной области.

Отсутствие роста интенсивности продольных пульсаций скорости частиц по всему сечению канала в результате наличия в потоке интенсивного взаимодействия частиц со стенками трубы, по сравнению с результатами работ [2], может быть объяснено рядом причин. Во первых, сила тяжести, действующая в продольном направлении, уменьшает угол между траекторией падающих частиц и поверхностью стенок канала. Во-вторых, более низкая осредненная скорость частиц не позволяла проникать им до противоположной стенки после отскока. В третьих, относительно низкая шероховатость стенки трубы не оказывала существенного влияния на процесс перераспределения компонент скорости частиц в результате столкновения частиц со стенкой.

4.5. Выводы к главе Изучены особенности поведения твердых 200 мкм частиц стекла в условиях их интенсивного взаимодействия со стенками канала:

1) Приведены результаты экспериментального исследования характеристик движения твердых частиц при их осаждении в гладкой и формованной лунками узких трубах, а также в нисходящем турбулентном потоке воздуха в вертикальной трубе. Измерены распределения осредненных и пульсационных скоростей частиц стекла c помощью ЛДА-метода с использованием лазерного доплеровского анемометра «Dantec», а также мгновенные поля скоростей с помощью PIV-метода с использованием измерительного комплекса «ПОЛИС» при выходе из рабочих участков.

2) Исследования показали, что при некоторых параметрах (геометрия канала, размеры и инерционность частиц) могут реализовываться режимы течения дисперсного потока в вертикальной трубе, характеризующиеся интенсивным взаимодействием частиц со стенкой канала (зигзагообразное движение частиц). Эксперименты отчетливо выявили сильное влияние формованной лунками стенки и незначительное влияние скорости несущей фазы в гладкой трубе на характеристики движения 200 мкм твердых частиц стекла. Обнаружен эффект снижения осевой составляющей осредненных скоростей частиц (около 8%) и существенный рост (до 3-х раз) пульсационных скоростей частиц при их движении в трубе с лунками.

3) Проведена оценка параметров гетерогенного потока, при которых стенка канала оказывает доминирующее влияние на характеристики движения частиц. Результаты экспериментов показали необходимость уточнения отношения радиальной пульсационной и осредненной осевой составляющей скоростей твердых частиц в случае формованной лунками трубы для корректного прогнозирования режима течения дисперсной фазы.

ВЫВОДЫ 1. Изучен комплекс метрологических проблем, возникающих при исследованиях сильнозапыленных потоков с использованием лазерных доплеровских анемометров (ЛДА). Проанализированы зависимости основных характеристик доплеровского сигнала (частота поступления данных, достоверность) от характеристик течения. Установлено, что в сильноконцентрированных дисперсных потоках с твердыми частицами блокирование лазерных пучков дисперсной фазой является основным фактором, ограничивающим возможность проведения ЛДА-измерений.

Экспериментальным путем установлены параметры запыленного потока (толщина потока, размер частиц, объемная концентрация частиц), при которых возможно использование ЛДА.

2. Проведено экспериментальное исследование влияния межчастичных столкновений на поведение твердых частиц стекла мкм при их осаждении в воздухе. Найдено граничное значение ( М 0,1 ), концентрации частиц при достижении которого межчастичные столкновения начинают оказывать влияние на поведение дисперсной фазы. Полученные данные обобщены с использованием безразмерного критерия – столкновительного числа Стокса Stk c Найдено минимальное значение указанного критерия ( Stk c 0,1 ), при котором начинается интенсивное взаимодействие полидисперсных и бидисперсных частиц.

3. Изучены особенности поведения твердых частиц стекла 200 мкм в условиях их интенсивного взаимодействия со стенками канала.

Проведена оценка параметров гетерогенного потока, при которых стенка канала оказывает доминирующее влияние на характеристики движения частиц. Измерены распределения осредненных и пульсационных скоростей частиц стекла при их осаждении в гладкой и формованной лунками узких трубах. Выявлен эффект снижения (около 8%) осевой составляющей осредненной скорости частиц и существенный рост (до 3 х раз) пульсационной скорости частиц при их движении в трубе с лунками.

ЛИТЕРАТУРА Введение 1. Фукс Н.А.. Механика аэрозолей. М.: Изд-во АН СССР. 1955. 352 с.

2. Горбис З.Р. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков. М.: Энергия. 1970. 423 с.

3. Соу С. Гидродинамика многофазных систем. М.: Мир. 1971. 536 с.

4. Бабуха Взаимодействие частиц Г.Л., Шрайбер А.А.

полидисперсного материала в двухфазных потоках. Киев: Наукова думка. 1972. 175 с.

5. Бусройд Р. Течение газа со взвешенными частицами. М.: Мир. 1975.

378 с.

6. Сукомел А.С., Цветков Ф.Ф., Керимов Р.В. Теплообмен и гидравлическое сопротивление при движении газовзвеси в трубах.

М.: Энергия. 1977. 193 с.

7. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука.

1978. 336 с.

8. Стернин Л.Е., Маслов Б.Н., Шрайбер А.А., Подвысоцкий А.М.

Двухфазные моно- и полидисперсные течения газа с частицами. М.:

Машиностроение. 1980. 175 с.

9. Handbook of multiphase systems / Ed. by G.Hetsroni. New York:

McGraw-Hill. 1982. 1492p.

10. Шрайбер А.А., Гавин Л.Б., Наумов В.А., Яценко В.П.

Турбулентные течения газовзвеси. Киев: Наукова думка. 1987. 239 с.

11. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука. 1987.

Ч.1. 464 с.;

Ч.2. 360 с.

12. Crowe C., Sommerfeld M., Tsuji Y. Multiphase flows with droplets and particles. Boca Raton. Florida. USA. CRC Press. 1998.

13. Вараксин А.Ю. Турбулентные течения газа с твердыми частицами.

М.: Физматлит. 2003. 192 с.

14. Brennen C.E. Fundamentals of multiphase flow. Cambridge University Press 2005. 410p.

15. Михатулин Д.С., Полежаев Ю.В., Ревизников Д.Л. Теплообмен и разрушение тел в сверхзвуковом гетерогенном потоке. М.: ЯНУС-К.

2007. 392 с.

16. Вараксин А.Ю. Столкновения в потоках газа с частицами.:

Физматлит. 2008. 310 с.

17. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Течения газа с частицами. М.:

Физматлит. 2008. 598 с.

18. Терехов В.И., Пахомов М.В. Тепломассоперенос и гидродинамика в газокапельных потоках. Новосибирск: Изд-во НГТУ. 2008. 283 с.

Глава 1. Wang X. S., Rhodes M. J., Gibbs B. M., Geldart D. Heat transfer in dilute gas-particle suspensions // Chem. Eng. Sci. 1997. V.52. №20. P.

3617–3621.

2. Zevenhoven R., Kohlmann J., Laukkanen T., Tuominen M., Blomster A.-M. Near-wall particle velocity and concentration measurements in circulating fluidised beds in relation to heat transfer // Proc. of the 15th International Conference on Fluidised Bed Combustion Savannah (GA), USA, May 1999. 13p.

3. Logtenberg S.A., Nijemeisland M., Dixon A.G. Computational fluid dynamics simulations of fluid flow and heat transfer at the wall-particle contact points in a fixed-bed reactor // Chemical Engineering Science.

1999. V.54. P.2433–2439.

4. Boulet P., Moissette S., Andreux R., Oesterle B. Test of an Eulerian Lagrangian simulation of wall heat transfer in a gas-solid pipe flow // Int.

J. Heat and Fluid Flow. 2000. V.21. P.381–387.

5. Hetsroni G., Mosyak A., Pogrebnyak E. Effect of coarse particles on the heat transfer in a particle-laden turbulent boundary layer // Int. J.

Multiphase Flow. 2002. V.28 P.1873–1894.

6. Полежаев Ю.В., Протасов М.В., Селиверстов Е.М., Рябов Г.А.

Конвективный теплообмен в камерах сгорания с циркулирующим псевдоожиженным слоем // ТВТ. 2002. Т.40. 2002. №2. С.314-322.

7. Michaelides E.E. Hydrodynamic Force and Heat/Mass Transfer From Particles, Bubbles, and Drops–The Freeman Scholar Lecture // Journal of Fluids Engineering 2003. V.125. P.209–238.

8. AL-Busoul M.A., Abu-Ein S.K. Local heat transfer coefficients around a horizontal heated tube immersed in a gas fluidized bed // Heat and Mass Transfer 2003. V.39. P.355–358.

9. Mansoori Z., Saffar-Avval M., Basirat-Tabrizi H., Ahmadi G., Lain S.

Thermo-mechanical modeling of turbulent heat transfer in gas–solid flows including particle collisions // Int. J. Heat and Fluid Flow. 2002. V.23.

P.792–806.

10. Shotorban B., Mashayek F., Pandya R.V.R. Temperature statistics in particle-laden turbulent homogeneous shear flow // Int. J. Multiphase Flow. 2004. V.30. P.1121–1138.

11. Дрейцер Г.А. О некоторых проблемах создания высокоэффективных трубчатых теплообменных аппаратов // Матер. V Минского междунар. форума по тепло- и массообмену. Минск. 2004. 14 с.

12. Берглс А. Интенсификация теплообмена // Теплообмен: достижения, проблемы, перспективы. Избр. тр. 6-й междунар. конф. по теплообмену / Пер. с англ. под ред. Петухова Б.С. М.: Мир. 1981.

С.145.

13. Калинин Интенсификация Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А.

теплообмена в каналах. 3-е изд., перераб. и доп. М.:

Машиностроение. 1990. 208 с.

14. Терехов В.И., Ярыгина Н.И., Жданов Р.Ф. Особенности течения и теплообмена при отрыве турбулентного потока за уступом и ребром.

2. Теплообмен в отрывном течении // ПМТФ. 2003. Т. 44. № 4. С.83.

15. Боровой В.Я., Яковлев Л.В. Теплообмен при сверхзвуковом обтекании одиночной лунки // Изв. АН СССР. МЖГ. 1991. №5. С.48.

16. Щукин А.В., Козлов А.П., Чудновский Я.П., Агачев Р.С.

Интенсификация теплообмена сферическими выемками // Изв. РАН.

Энергетика. 1998. № 3. С.47.

17. Исаев С.А., Леонтьев А.И. Численное моделирование вихревой интенсификации теплообмена при турбулентном обтекании сферической лунки на стенке узкого канала // ТВТ. 2003. Т.41. №5.

С.755.

18. Мостинский И.Л., Гешеле В.Д., Горяинов Д.А., Раскатов И.П.

Критические тепловые потоки и теплоотдача в закризисной области от поверхности, покрытой лунками // Теплоэнергетика. 2003. №10.

С.49.

19. Van den Moortel T., Azario E., Santini R. Tadrist L. Experimental analysis of the gas–particle flow in a circulating fluidized bed using a phase Doppler particle analyzer // Chem. Eng. Sci. 1998. V.53. №10.

P.1883–1899.

20. Evseev A.R., Orlov V.A., Ryabov G.A. Experimental Investigation of Circulating Fluidized Bed by LDFA // Russ. J. Eng. Thermophys. 1998.

V.8. №1–4. P.137.

21. Wei F., Lin H., Cheng Y., Wang Z., Jin Y. Profiles of Particle Velocity and Solids Fraction in a High-Density Riser // Powder Technol. 1998.

V.100. №2. P. 22. Noymer P.D., Glicksman L.R. Descent velocities of particle clusters at the wall of a circulating fluidized bed // Chem. Eng. Sci. 2000. V. P.5283–5289.

23. Helland E., Occelli R., Tadrist L. Computational study of fluctuating motions and cluster structures in gas–particle flows // Int. J. Multiphase Flow 2002. V.28. P.199–223.

24. Zhou H., Flamant G., Gauthier D., Lu J. Lagrangian approach for simulating the gas-particle flow structure in a circulating fluidized bed riser // Int. J. Multiphase Flow 2002. V.28. P.1801–1821.

25. Ibsen C.H. An Experimental and Computational Study of Gas-Particle Flow in Circulating Fluidised Reactors // Ph.D. thesis. Group for Chemical Fluid Flow Processes Department of Chemistry and Applied Engineering Science. Aalborg University. Esbjerg. 2002. 261p.

26. Goldschmidt M. J. V., Beetstra R., Kuipers J. A. M. Hydrodynamic modelling of dense gas-"fluidised beds: Comparison of the kinetic theory of granular flow with 3D hard-sphere discrete particle simulations // Chem. Eng. Sci. 2002. V.57. P.2059–2075.

27. Limtrakula S., Chalermwattanataia A., Unggurawiroteb K., Tsujic Y., Kawaguchic T., Tanthapanichakoond W. Discrete particle simulation of solids motion in a gas–solid fluidized bed // Chem. Eng. Sci. 2003. V. P.915–921.

28. Lib J., Kuipersa J.A.M. Gas-particle interactions in dense gas-fluidized beds // Chem. Eng. Sci. 2003. V.58 P.711–718.

29. Jie O., Guogang S., Aibing Y. The simulations of pneumatic conveying // The Proc. of the Second Int. Symp. on Multiphase, Non-Newtonian and Reacting Flows’04. 2004. Hangzhou. China. 5p.

30. Вараксин А.Ю. Столкновения в потоках газа с частицами.:

Физматлит. 2008. 310 с.

31. Долгунин В.Н., Борщев В.Я. Быстрые гравитационные течения зернистых материалов: техника измерения, закономерности, технологическое применение. Монография. - М.: "Издательство Машиностроение-1". 2005. 112 с.

32. Страус В. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. М.: Химия.

1981. 616 с.

33. Логачев И.Н., Логачев К.И. Аэродинамические основы аспирации.

Санкт-Петербург. Химиздат. 2005. 659 с.

34. Tsuji Y., Morikawa Y., Tanaka T., Nakatsukasa N., Nakatani M.

Numerical simulation of gas-solid two-phase flow in a two-dimensional horizontal channel // Int. J. Multiphase Flow. 1987. V.13. №.5. P.671-684.

35. Taniere A., Oesterle B., Monnier J. C. On the behaviour of solid particles in a horizontal boundary layer with turbulence and saltation effects // Experiments in Fluids. 1997. V.23 P.463–471.

36. Tu J. Y. Investigation of particle-wall interaction using a lagrangian approach // Proc. of ICMF’98: Third Intern. Conf. on Multiphase Flow.

Lyon. France. 1998. 7p.

37. Suzuki A., Priambodo T. B., Yamamoto T., Aoki H., Miura T.

Numerical simulation of adhesion behavior of micro-particle to the duct wall in the gas-solid two phase flow // Proc. of 2000 Int. Joint Power Generation Conference Miami Beach, Florida, July 23-26, 2000. 6p.

38. Fukagata K., Zahrai S., Bark F.H., Kondo S. Effects of wall roughness in a gas-particle turbulent vertical channel flow // Proc. of the 2nd Int.

Symp. on Turbulence and Shear Flow Phenomena. 2001. Stockholm. V.2.

P.117–122.

39. Fukagata K., Zahrai S., Kondo S., Bark F.H. Anomalous velocity fluctuations in particulate turbulent channel flow // Int. J. Multiphase Flow. 2001. V.27 P.701–719.

40. Sommerfeld M. Kinetic simulations for analysing the wall collision process of non-spherical particles // Proc. of ASME FEDSM02, US ASME/European Fluids Engineering Division Summer Meeting.

Montreal. Quebec. Canada. 2002. 9p.

41. Hetsroni G., Mosyak A., Pogrebnyak E. Effect of coarse particles on the heat transfer in a particle-laden turbulent boundary layer // Int. J.

Multiphase Flow. 2002. V.28 P.1873–1894.

42. Mansoori Z., Saffar-Avval M., Basirat-Tabrizi H., Ahmadi G., Lain S.

Thermo-mechanical modeling of turbulent heat transfer in gas–solid flows including particle collisions // Int. J. Heat and Fluid Flow. 2002. V.23.

P.792–806.

43. Benson M.J., Eaton J.K. The Effects of Wall Roughness on the Particle Velocity Field in a Fully Developed Channel Flow // National Aeronautics and Space Administration. Report No. TSD-150. Thermosciences Division. Department of Mechanical Engineering. Stanford University.

2003. 58p.

44. You C., Zhao H., Cai Y., Qi H., Xu X. Experimental investigation of interparticle collision rate in particulate flow // Int. J. Multiphase Flow.

2004. V.30. P.1121–1138.

45. Dorgan A.J., Loth E. Simulation of particles released near the wall in a turbulent boundary layer // Int. J. Multiphase Flow. 2004. V.30 P.649–673.

46. Khalij M., Arcen B., Tanire A. Improvement of the formulation of the dispersed phase boundary conditions for a rough wall needed in two-fluid models // Proc. of the 3rd International Symposium on Two-Phase Flow Modelling and Experimentation. Pisa, 22-24 September 2004. 7p.

47. Kartushinsky A., Rudi U., Michaelides E.E. Gas-Solid Particle Flow in Horizontal Channels at High Mass Loadings // Proc. of the 5th International Conference on Multiphase Flow, ICMF’04 Yokohama.

Japan. 2004. Paper No. 121 p. 48. Zhang X., Zhou L. Simulation of Gas-Particle Channel Flows Using a Two-Fluid Particle-Wall Collision Model Accounting for Wall Roughness // Proc. of the 5th International Conference on Multiphase Flow, ICMF’04.

Yokohama. Japan. 2004. Paper No.162. 7p.

49. Marchioli C., Armenio V., Salvetti M.V., Soldatia A. Mechanisms for deposition and resuspension of heavy particles in turbulent flow over wavy interfaces // Phys. Fluids. 2006. V.18. №025102. 16p.

50. Hussmann B., Pfitzner M., Esch T., Frank T. A stochastic particle particle collision model for dense gas-particle flows implemented in the Lagrangian solver of ANSYS CFX and its validation // Proc. of the 6th Int.

Conf. on Multiphase Flow ICMF 2007. Leipzig. Germany. 2007. 16p.

51. Tsirkunov Y., Panfilov S. Particle Scattering in Particle.Wall Collisions:

the Combined Effect of the Particle Non-Sphericity and the Wall Roughness // Proc. of the 6th International Conference on Multiphase Flow, ICMF 2007. Leipzig, Germany. 2007. 10p.

52. Kannengieser O., Konan A., Simonin O. Influence of Multiple Particle Wall Collisions on Rough Wall Bouncing Model // Proc. of the 6th International Conference on Multiphase Flow, ICMF 2007. Leipzig, Germany. 2007. 13p.

Глава 1. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С. Методы лазерной доплеровской анемометрии. М.: Наука. 1982.

2. Ринкевичюс Б.С. Лазерная диагностика потоков / Под ред.

Фабриканта В.А. М.: Изд-во МЭИ. 1990.

3. Tropea C. Laser Doppler Anemometry: Recent Developments and Future Challenges // Meas. Sci. Technol. 1995. V.6. №6. P.605.

4. Вараксин А.Ю. Турбулентные течения газа с твердыми частицами.

М.: Физматлит, 2003.

5. Laser Velocimetry Systems. TSI Incorporated. USA. 1986.

6. Щербина Локальные оптические методы измерений Ю.А.

турбулентных пульсаций скорости. Одночастичный режим / Под ред.

В.М. Иевлева. Долгопрудный: МФТИ. 1977. С.105.

7. Benson M.J., Eaton J.K. The Effects of Wall Roughness on the Particle Velocity Field in a Fully Developed Channel Flow // National Aeronautics and Space Administration. Report No. TSD-150.

Thermosciences Division. Department of Mechanical Engineering.

Stanford University. 2003. 58p.

8. Jones S.A. Fundamental Sources of Error and Spectral Broadening in Doppler Ultrasound Signals // Critical Reviews in Biomedical Engineering. 1993. V.21. P.399-483.

9. Devenport W.J. Experiment 4 – Laser Doppler Anemometry // Experimental Methods. Course Manual [Электрон. ресурс]. Department of Aerospace and Ocean Engineering Virginia Polytechnic Institute and State University. 2006. Режим доступа:

http://www.aoe.vt.edu/~devenpor/aoe3054/manual/ 10. Lacoste J. Characteristics of Diesel Sprays at High Temperatures and Pressures // Ph.D. thesis. School of Engineering, University of Brighton.

2006. 200p.

11. Lacoste J., Kennaird D., Begg S., Heikal M. Phase Doppler Anemometry Measurements of a Diesel Spray // Total Vehicle |Technology conference. University of Sussex. 2002. 10p.

12. Wang H., Pope S.B. Time-averaging strategies in the finite volume/particle hybrid algorithm for the joint PDF equation of turbulent reactive flows // Combustion Theory and Modelling. V.12. №3. 2008.

P.529–544.

13. Bergenblock T., Leckner B. Velocity bias and concentration fluctuations in two-phase flow applications of Phase Doppler particle analysis: a post processing algorithm // Proc. of the 3rd Int. Symp. on Two-Phase Flow Modelling and Experimentation. Pisa. Italy. 2004. 8p.

14. Щербина Многочастичные доплеровские измерители Ю.А.

скорости и концентрации / Под ред. В.М. Иевлева. Долгопрудный:

МФТИ. 1978. С.108.

15. Byun G., Olcmen M.S., Simpson R.L. A Miniature Laser-Doppler Velocimeter for Simultaneous Three-Velocity-Component Measurements // Measurement Science and Technology. 2004. V.15. P.2075–2082.

16. Fischer M., Jovanovic J., Durst F. Near-wall behavior of statistical properties in turbulent flows // Int. J. of Heat and Fluid Flow. 2000. V.21.

P.471–479.

17 Yu A.C.H., Steinman A.H., Cobbold R.S.C. Transit-Time Broadening in Pulsed Doppler Ultrasound: A Generalized Amplitude Modulation Model // ieee transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, 2006. V.53. №.3. P.530–541.

18. Семидетнов Н.В. Граничные эффекты рассеяния излучения на большой частице и их физическая интерпритация. Оптические методы исследования потоков: Труды VIII Международной научно технической конференции. М.: МЭИ. 2005. С.238–241.

19. Durst F., Zare M. Laser Doppler measurement in two-phase-flows // Proc. LDA Symp. Copenhagen. 1975. (Lyngby: Technical University of Denmark). P.403.

20. Lading L. Spectrum Analysys of LDA Signals // Dantec Information.

Measurement an Analysis. 1987. №5. P.2–8.

21. Nobach H. Analysis of dual-burst laser doppler signals // Meas. Sci.

Technol. 2002. V.13. P.33–44.

22. Most J-M., Trouillet P., Jallais S., Mandin P., Marchand F., Le Masson C., Witwicki P., Rampelberg D. Development of a LDV probe for velocity measurements in a 600MW pulverized coal power plant // Proc. of the 10th Int. Symp. on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. Lisbon. Portugal. 2000. 13p.

23. Вараксин А.Ю., Поляков А.Ф. Измерения скоростей крупных частиц с использованием лазерных доплеровских анемометров // Измерительная техника. 1998. №8. С.22.

24. Elghobashi S. Particle - Laden Turbulent Flows: Direct Simulation and Closure Models // Appl. Scient. Res. 1991. V.48. P.301.

25. Wei F., Lin H., Cheng Y., Wang Z., Jin Y. Profiles of Particle Velocity and Solids Fraction in a High-Density Riser // Powder Technol. 1998.

V.100. №2. P.183.

26. Hamed A., Mohamed A. Simultaneous LDV Measurements of Gas and Particle Velocities in Two-Phase Flow // Proc. of ICFDP7: Seventh Int.

Cong. on Fluid Dynamics and Prop. Cairo. Egypt. 2001. 7p.

27. Groen J.S., Mudde R.F., Van Den Akker H.E.A. On the Application of LDA to Bubbly Flow in the Wobbling Regime // Exp. Fluids. 1999.

V.27.№5. P.435–449.

28. Guet S., Van Maanen H.R.E., Mudde R.F. Feasibility of LDA measurements in high void fraction bubbly flow // Proc. of the 11th Int.

Symp. on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. Lisbon.

Portugal. 2002. 10p.

29. Haam S.J., Brodkey R.S., Fort I., et al. Laser Doppler Anemometry Measurements in an Index of Refraction Matched Column in the Presence of Dispersed Beads. I. // Int. J. Multiphase Flow. 2000. V.26. №9. P.1401.

30. Widmann J.F. Phase Doppler Interferometry Measurements in Water Sprays Produced by Residential Fire Sprinklers // Fire Safety Journal.

2001. V.36. P.545.

31. Averbakh A., Shauly A., Nir A,. Semiat R. Slow Viscous Flows of Highly Concentrated Suspensions – Part I: Laser-Doppler Velocimetry in Rectangular Ducts // Int. J. Multiphase Flow. 1997. V.23. №3. P.409.

32. Strakey P.A., Talley D.G., Sankar S.V., Bachalo W.D. Phase Doppler Interferometry with Probe-to-Droplet Size ratios Less than Unity. II.

Application of the Technique // Appl. Opt. 2000. V.39. №22. P.3887.

33. Kliafas Y., Taylor A.M.K.P., Whitelaw J.H. Errors in particle sizing by LDA due to turbidity in the incident laser beams // Exp. Fluids. 1987. V.5.

№3. P.159–176.

34. Prassas I. Combustion of pulverized coal in swirl burners // PhD Thesis.

Imperial College. University of London. 1998. 338p.

35. Abbot M. P. Two phase velocimetry and turbulence measurements in a 0.5MW pulverised coal fired furnace // Proc. of IFRF 9th The International Flame Research Foundation's Members Conference, Noordwijkerhout. The Netherlands. 1989.


36. Букхейв П. ЛДА-измерения в среде с флуктуирующим показателем преломления // Вопросы термо- и лазерной анемометрии.

Тематический сборник / Под ред. Полякова А.Ф. М.: ИВТАН. 1985.

С.94.

37. Aisa L., Garcia J.A., Cerecedo L.M., Garcia Palacin I., Calvo E.

Particle concentration and local mass flux measurements in two-phase flows with PDA. Application to a study on the dispersion of spherical particles in a turbulent air jet // Int. J. Multiphase Flow 2002. V.28. №2.

P.301–324.

38. Melling A., Whitelaw J.H. Optical and flow aspects of particles // Proc.

LDA Symp. Copenhagen. 1975. (Lyngby: Technical University of Denmark). P.382–402.

39. Calba C., Girasole T., Roze C., Mees L. Ultra-short pulses propagation through a strongly scattering medium // Proc. of the 13th Int. Symp. on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. Lisbon. Portugal.

2006. 11p.

40. Mudde R.F., Groen J.S., Van Den Akker H.E.A. Liquid Velocity Field in a Bubble Column: LDA Experiments // Chem. Eng. Sci. 1997. V.52.

№.21–22. P.4217.

41. Martinez-Bazan C., Lasheras J.C. Turbulent Dispersion of Bubbles in a Plane, Free Shear Layer // Exp. Therm. Fluid Sci. 2001. V.25. №6. P. 42. Бусройд Р. Течение газа со взвешенными частицами. М.: Мир. 1975.

378 с.

43. Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами: Пер. с англ. / Под ред. В.В.Соболева. М.: Изд-во иностр. лит-ры. 1961.

44. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. М.: Наука. 1981. 281 c.

45. Васильева Основы спектральной диагностики газа с И.А.

конденсированной дисперсной фазой // Успехи физических наук.

1993. Т.163. №8. С.47–88.

46. Левин. Г.Г. Компьютерная томография // Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Биомедицинская техника» и направлению подготовки бакалавров и магистров «Биомедицинская инженерия») [Электрон. ресурс]. 2007.

Режим доступа: http://tomoscan.ru/book/index.htm 47. Wang R.K. Signal degradation by multiple scattering in optical coherence tomography of dense tissue: a Monte Carlo study towards optical clearing of biotissues // Phys. Med. Biol. 2002. V.47. P.2281– 2299.

48. Zhou J., Yuan Z., Cen K. Measurement of 2-Dimension Particle Velocity by Combination of Cross-Correlation Technique and Turbidity Fluctuation Method // Proc. of the 4th Int. Symp. on Measurement Techniques for Multiphase Flows. Hangzhou, China. 2004. 8p.

49. Wang Shimin, Wu Yuezhu, Ye Mao, Zhao Yanjun. On-line Measurement of Dust Concentration in the Exhaust Duct by Laser Scattering Integration Method // Proc. of the 3rd Int. Symp. on Two-Phase Flow Modelling and Experimentation. Pisa. Italy. 2004. 5p.

50. Привалов Измерение В.Е., Чартий П.В., Шеманин В.Г.

предельных концентраций частиц в аэродисперсных потоках методом интегрального светорассеяния. Оптические методы исследования потоков: Труды VIII Международной научно технической конференции. М.: МЭИ. 2005. С. 216-219.

51. Ohba K., Kishimoto I., Ogasawara M. Simultaneously measurement of local liquid velocity and void fraction in bubbly flows using a gas laser part I: principle and measuring procedure // Technol. Rep. Osaka Univ.

1976. V.26 (1328) P.547–556.

52. Креков Г.М., Кавкянов С.И., Крекова М.М. Интерпретация сигналов оптического зондирования атмосферы. – Новосибирск:

Наука, 1987. 185 с.

53. Полканов Ю.А. Возможности повышения точности измерения сигнала рассеяния оптического излучения в атмосфере.

Радиотехника и электроника. 1988. Т.33. №12. C.2599–2603.

54. Wigley G., Heath J., Pitcher G. Whybrew A. Experimental Analysis of the Response of a PDA System to a Partially Atomized Spray // Proc. of the 10th Int. Symp. on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. Lisbon. Portugal. 2000. 12p.

55. Roisman I.V., Tropea C. Drops distributions and flux measurements in sprays using the phase Doppler technique // Proc. of the 10th Int. Symp.

on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. Lisbon.

Portugal. 2000. 12p.

56. Strakey P.A., Talley D.G., Sankar S.V., Bachalo W.D. Phase Doppler Interferometry with Probe-to-Droplet Size Ratios Less than Unity. I.

Trajectory Errors // Appl. Opt. 2000. V.39. №22. P.3875.

57. Widmann J.F., Presser C., Leigh S.D. Improving phase Doppler volume flux measurements in low data rate applications // Meas. Sci. Technol.

2001. V.12. P.1180–1190.

58. Fandrey C., Naqwi A., Shakal J.,Zhang H. A Phase Doppler System for High Concentration Sprays // Proc. of the 10th Int. Symp. on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. Lisbon. Portugal. 2000. 12p.

59. Qiu H.-H., Hsu C.-T. Minimum deviation of spatial frequency in large particle sizing // Appl. Opt. 1998. V.37. №28. P.6787.

60. Qiu H.-H., Jia W. Effect of Refractive Index in Optical Particle Sizing by Using Spatial Frequency Method // Optics Communications. 2000.

V.178. P.199–210.

61. Albrecht H-E., Borys M., Damaschke N., Tropea C. The imaging properties of scattering particles in laser beams // Meas. Sci. Technol.

1999. V.10. P.564–574.

62. Qiu H.-H., Hsu C.-T. Method of phase-Doppler anemometry free from the measurement-volume effect // Appl. Opt. 1999. V.38. №13. P.2737.

63. Qiu H.-H., Jia W., Hsu C.-T., Sommerfeld M. High Accuracy Optical Particle Sizing in Phase-Doppler Anemometry // Meas. Sci. Technol.

2000. V.11. P.142–151.

64. Скорнякова Н.М. Исследование рассеяния гауссова пучка на движущихся частицах в задачах лазерной диагностики потоков // Авторефер. дис. на соискание ученой степени к.т.н. М.: 2001.

65. Расковская И.Л., Ринкевичюс Б.С., Толкачев А.В.

Дифракционный лазерный метод измерения размеров и скоростей газовых пузырьков в жидкости. Оптические методы исследования потоков: Труды VIII Международной научно-технической конференции. М.: МЭИ. 2005. С.200–203.

66. Скорнякова Н.М. Влияние гауссовой формы лазерного пучка на точность метода малых углов. Оптические методы исследования потоков: Труды VI Международной научно-технической конференции. М.: МЭИ. 2001. С.186–189.

67. Pitcher G., Wigley G., Stansfield P.A. Interpretation of Phase Doppler measurements in a dense transient fuel spray // Proc. of the 13th Int.

Symp. on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. Lisbon.

Portugal. 2006. 12p.

68. Widmann J.F., Presser C., Leigh S.D. Improving phase Doppler volume flux measurements in low data rate applications // Meas. Sci. Technol.

2001. V.12. P.1180–1190.

69. Xu T-H., Tropea C. Improving the performance of two-component phase Doppler anemometers // Meas. Sci. Technol. 1994. V.5. P.969-975.

70. Протасов М.В., Вараксин А.Ю., Иванов Т.Ф., Поляков А.Ф.

Анализ возможности использования лазерного доплеровского анемометра для исследования сильнозапыленных потоков // ТВТ.

2006. Т.60. №3. С.146–153.

71. Chaves H., Kirmse C., Brucker C., Obermeier F. Correlation Velocimeter for Dense Sprays // Proc. of the 13th Int. Symp. on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. Lisbon. Portugal.

2006. 10p.

72. Евсеев А.Р. Лазерный доплеровский измеритель скорости со световодом. // Автометрия. 1982. №3. С.109.

73. Barlow R. S., Morrison C. Q. Two-phase velocity measurements in dense particle-laden jets // Experiments in Fluids. 1990. V.9. №1–2. P.93.

74. Evseev A.R. Measurement of Turbulent Characteristics of a Two-Phase Gravitation Jet // Russ. J. Eng. Thermophys. 1994. V.3. №1–4. P.313.

75. Evseev A.R., Orlov V.A., Ryabov G.A. Experimental Investigation of Circulating Fluidized Bed by LDFA // Russ. J. Eng. Thermophys. 1998.

V.8. №1–4. P.137.

76. Mudde R.F., Groen J.S., Van Den Akker H.E.A. Application of LDA to Bubbly Flows // Nuclear Engineering and Design. 1998. V.184. P.329– 338.

77. Евсеев А.Р., Накоряков В.Е., Покусаев Б.Г., Тачков С.А., Измерение структурных характеристик Тимкин Л.С.

газожидкостного потока лазерным анемометром с волоконным световодом. // Автометрия. 1987. №5. С.69.

78. Varaksin A.Yu., Polyakov A.F. Measurements of the Velocities of Large Particles Using Laser Doppler Anemometers // Measurement Techniques. 1998. V.41. P.716.

79. Шаронов В. В. Наблюдение и видимость. М.: Воениздат 1953г. 94с.

80. Delhaye J.M. Two-phase instrumentation and laser beams // Proc. LDA Symp. Copenhagen. 1975. (Lyngby: Technical University of Denmark).

P.566–578.

81. Rundqvist R., Magnusson A., Van Wachem B.G.M., Almstedt A.E.

Dual Optical Fibre Measurements of the Particle Concentration in Gas/Solid Flows // Exp. Fluids. 2003. V.35. №6. P.572.

82. Isterling W.M., Cox L.J., Dubovinsky M., Titterton D.H., Porter T.

Laser Interaction with Jet Engine Exhaust Induced Turbulence // Proc. of the Fourth Australian Conference on Laser Diagnostics in Fluid Mechanics and Combustion. The University of Adelaide. South Australia.

Australia. 2005. P.65–68.

83. Kalt P.A.M., Birzer C.H. Calibrations for Planar Laser Nephelometry in densely seeded two-phase flows // Proc. of the Fourth Australian Conference on Laser Diagnostics in Fluid Mechanics and Combustion.

The University of Adelaide. South Australia. Australia. 2005. P.73–76.

84. Golombok M., Morin V., Mounaim-Rouselle C. Droplet diameter and the interference fringes between reflected and refracted light // Journal of Physics D: Applied Physics. 1998. V.31. №18. L.59–L.62.

85. Kawaguchi T., Akasaka Y., Maeda M. Size measurements of droplets and bubbles by advanced interferometric laser imaging technique // Meas.


Sci. Technol. 2002. V.13. P.308–316.

86. Jorabchi K., Brennan R.G., Levine J.A., Montaser A. Interferometric droplet imaging for in situ aerosol characterization in an inductively coupled plasma // J. Anal. At. Spectrom. 2006. V.21. P.839–846.

87. Шайтан К.В., Лобков А.Ф.,Тимофеев И.Б., Чижов А.А., Терешкин Э.В. О восстановлении функций распределения для мелкодисперсных и ультрадисперсных сред по рассеянию лазерного излучения // Электронный журнал "Исследовано в России". 2002.

Т.5. С.1265–1278. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/115.pdf.

88. Olmos E., Gentric C., Poncin S., Midoux N. Description of flow regime transitions in bubble columns via laser Doppler anemometry signals processing // Chemical Engineering Science 2003. V.58. P.1731–1742.

89. Ruud van Ommen J., Mudde R.F. Measuring the gas-solids distribution in fluidized beds - a review // Proc. of the 2007 ECI Conference on The 12th International Conference on Fluidization - New Horizons in Fluidization Engineering. Vancouver. Canada. 2007. Paper 4. P.31–46.

90. Ashkin A. Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure // Phys. Rev. Lett. 1970. V.24. I.4. P.156–159.

91. Дубнищев Ю.Н., Павлов В.А. Фотодинамические эффекты в лазерной доплеровской анемометрии // Письма в ЖТФ. 1998. Т.24.

№17. С.53–58.

92. Дубнищев Ю.Н., Павлов В.А. Светодинамические эффекты в лазерной доплеровской анемометрии // Квантовая электроника. 1998.

Т.25. №8. С.761–763.

93. Клименко А.П., Королев А.И., Шевцов А.И. Непрерывный контроль концентрации пыли. Киев: «ТЕХНIKA». 1980. 181 с.

94. Справочник. Атмосфера. Л.: Гидрометеоиздат. 1991. 510 с.

95. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Современные проблемы атмосферной оптики в 9 томах, Т.4. “Оптика атмосферного аэрозоля”. Л.:

Гидрометеоиздат 1987. 254 c.

Глава 1. Pearson H.J., Valioulis I.A., List E.J. Monte Carlo Simulation of Coagulation in Discrete Particle-Size Distributions. Part 1. Brownian Motion and Fluid Shearing. J. Fluid Mech. 1984. V.143. P.367–385.

2. Kumaran V., Tsao H.-K., Koch D.L. Velocity Distribution Function for a Bidisperse, Sedimenting Particle-Gas Suspension. Int. J. Multiphase Flow. 1993. V.19. P.665–681.

3. Kumaran V., Koch D.L. Properties of Bidisperse Particle-Gas Suspensions;

Part 1: Collision Time Small Compared with Viscous Relaxation Time. J. Fluid Mech. 1993. V.247. P.623–641.

4. Kumaran V., Koch D.L. Properties of Bidisperse Particle-Gas Suspensions;

Part 2: Viscous Relaxation Time Small Compared with Collision Time. J. Fluid Mech. 1993. V.247. P.643–660.

5. P. Valiveti, D.L. Koch. Instability of Sedimenting Bidisperse Particle Gas Suspensions. Applied Scientific Research, 1998. V.58. P.275–303.

6. Courdel C., Simonin O., Brunier E. Modelling and Simulation of Gas Solid Turbulent Flows with a Binary Mixture of Particles. In Third International Conference on Multiphase Flow. 1998. Paper 504. pp.1-10.

7. Sommerfeld M.. Inter-Particle Collisions in Turbulent Flows: a Stochastic Lagrangian Model. In First International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP-1). 1999. pp.265–270.

8. Varaksin A. Yu., Polyakov A.F. Capabilities and Limitations of Laser Doppler Anemometers in Studing Heterogeneous Flows with Solid Bidispersed Particles // Measurement Techniques. 1999. V.42. P.888–893.

3. Вараксин А.Ю., Поляков А.Ф. Возможности и ограничения лазерных доплеровских анемометров при исследовании гетерогенных потоков с твердыми бидисперсными частицами // Измерительная техника. 1999. №9. С.47.

9. Вараксин Распределения скоростей А.Ю., Поляков А.Ф.

бидисперсных частиц в нисходящем турбулентном потоке воздуха в трубе // ТВТ. 2000. Т.38. №2. С.343.

10. Zhou Y, Wexler A.S, Wang L.-P.. Modelling Turbulent Collision of Bidisperse Inertial Particles. J. Fluid Mech. 2001. V.433. P.77–104.

11. Varaksin A.Yu., Polyakov A.F. The Structure of the Turbulent Gas Solid Flow with Bidispersed Particles. In Second International Symposium. on Turbulence and Shear Flow Phenomena. 2001. Vol.2.

pp.87–92.

12. Sommerfeld M. Modelling of Micro-Particle Agglomeration in Turbulent Flows. Chem. Eng. Science. 2002. V.57. P.3073–3084.

13. Aliseda A., Cartellier A., Hainaux F., Lasheras J.C. Effect of Preferential Concentration on the Settling Velocity of Heavy Particles in Homogeneous Isotropic Turbulence. // J. Fluid Mech. 2002. V.468. P.77– 105.

14. Zhou J.C., Flamant G., Gauthier G., Lu J. Lagrangian Approach for Simulation the Gas-Particle Flow Structure in a Circulation Fluidized Bed riser. Int. J. Multiphase Flow. 2002. V.28. P.1801–1821.

15. C.A. Ho and M. Sommerfeld. Analysis and Modelling of Particle Agglomeration in a Plane Shear Layer. In 5th International Conference on Multiphase Flow (ICMF’04). 2004. Paper No 419.

16. Varaksin A.Yu., Terekhov V.I., Pakhomov M.A. The Structure of the Turbulent Downward Flow with Monodispersed and Bidispersed Particles. // Proc. of the 11th Workshop on Two-Phase Flow Predictions.

Merseburg. Germany. 2005. 13p.

17. Зайчик Л.И., Симонин О., Алипченков В.М. Столкновения бидисперсных частиц в условиях изотропной турбулентности // ТВТ.

2005. Т.43. №3. С.408.

18. Boree J., Caraman N. Dilute bidispersed tube flow: Role of interclass collisions at increased loadings // Physics of Fluids. 2005. V.17. P.1123– 1134.

19. T.S. Yang, S.S. Shy. Two-Way Interaction Between Solid Particles and Homogeneous Air Turbulence: Particle Settling Rate and Turbulence Modification Measurements // J. Fluid Mech. 2005. V.526. P.171–216.

20. L.I. Zaichik, O. Simonin, V.M. Alipchenkov. Collision rates of Bidisperse Inertial Particles in Isotropic Turbulence. Phys. Fluids, 18:

0351110. 2006.

21. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С Методы лазерной доплеровской анемометрии. М.: Наука. 1982. 303 с.

22. Varaksin A.Yu., Ivanov T.F., Polyakov A.F. Laser Doppler anemometer measurement of large-particle relative concentrations;

Measurement Techniques. 2001. V.44. P.852–856.

23. Protasov M., Ivanov T., Varaksin A. and Polyakov A. Effect of Disperse Phase Concentration on Characteristics of Gas Flow with Binary Mixture of Particles // Proc. of the Second International Symposium on Multiphase, Non-Newtonian and Reacting Flows. Hangzhou, China.

2004. P.82–86.

24. Protasov M.V., Varaksin A.Yu., Ivanov T.F. Gas-Solid Flow with a Binary Mixture of Particles: Effect of Disperse Phase Concentration // Proc. of the Fifth International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer. Dubrovnik. Croatia. 2006. P.687–690.

25. Протасов Изучение межчастичных М.В., Вараксин А.Ю.

столкновений в турбулентном гетерогенном потоке с помощью лазерного доплеровского анемометра // Оптические методы исследования потоков: Труды VII Международной научно технической конференции. М.: МЭИ. 2003. С.96–99.

26. Varaksin A.Yu., Ivanov T.F., Protasov M.V. Experimental study on inter-particle collisions in turbulent gas-solid flow // EUROMECH Colloquium 447. Interaction Phenomena in Turbulent Particle-Laden Flows. Estonia. Tallinn. 2003. P.49.

27. Varaksin A.Yu., Ivanov T.F., Protasov M.V. Experimental study of inter-particle collisions in turbulent pipe flow // Proc. of the Fourth Int.

Symp. on Turbulence, Heat and Mass Transfer. Antalya. Turkey. 2003.

P.1009–1015.

Глава 1. Sommerfeld M., Huber N. Experimental analysis and modelling of particle-wall collisions // Int. J. Multiphase Flow. 1999. V.25. P.1457– 1489.

2. Kussin J., Sommerfeld M. Experimental studies on particle behavior and turbulence modification in horizontal channel flow with different wall roughness // Exp. Fluids. 2002. V.33. P.143–159.

3. Sommerfeld M. Analysis of collision effects for turbulent gas-particle flow in a horizontal channel: Part I. Particle transport.. Int. J. Multiphase Flow. 2003. V.29. P.675–699.

4. Sommerfeld M. Analysis of Collision Effects for Turbulent Gas-Particle Flow in a Horizontal Channel: Part I. Particle transport // Intern. J.

Multiphase Flow. 2003. V.29. P.675–699.

5. Sommerfeld M., Kussin J. Wall Roughness Effects on Pneumatic Conveying of Spherical Particles in a Narrow Horizontal Channel // Powder Technol. 2004. V.142. P.180–192.

6. Sommerfeld M., Kussin J. Analysis of Collision Effects for Turbulent Gas-Particle Flow in a Horizontal Channel: Part II. Integral Properties and Validation // Intern. J. Multiphase Flow. 2003. V.29. P.701.

7. Lain S., Sommerfeld M., Kussin J. Experimental Studies and Modelling of Four-Way Coupling in Particle-Laden Horizontal Channel Flow // Intern. J. Heat and Fluid Flow. 2002. V.33. P.647.

8. Schade K.-P., Hadrich Th. Investigation of Influence of Wall Roughness on Particle-Wall Collision // Proc. of ICMF’98: Third Intern. Conf. on Multiphase Flow. Lyon. France. 1998. 8p.

9. Tsirkunov Yu M., Panfilov S.V. Modelling of Particle-Wall Interaction in Two-Phase Flows at Moderate and High Particle Impact Velocity // Proc. of ICMF’98: Third Intern. Conf. on Multiphase Flow. Lyon. France.

1998. 8p.

10. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С Методы лазерной доплеровской анемометрии. М.: Наука, 1982. 303 с.

11. Ринкевичюс Б.С. Лазерная диагностика потоков / Под ред.

Фабриканта В.А. М.: Изд-во МЭИ. 1990.

12. Вараксин А.Ю. Турбулентные течения газа с твердыми частицами.

М.: Физматлит. 2003. 192 с.

13. Вараксин А.Ю. Лазерная доплеровская анемометрия гетерогенных потоков «газ-твердые частицы»: проблемы, достижения, перспективы // ТВТ. 2003. №5. С.746–754.

14. Varaksin A.Yu., Ivanov T.F., Polyakov A.F. Laser Doppler anemometer measurement of large-particle relative concentrations;

Measurement Techniques. 2001. V.44. P. 852–856.

15. Вараксин А.Ю., Протасов М.В., Иванов Т.Ф. Поляков А.Ф.

Экспериментальное исследование поведения твердых частиц при их движении в гладкой и формованной лунками трубах // ТВТ. 2007.

Т.45. №2. С.254–260.

16. Varaksin A.Yu., Polezhaev Yu.V., Polyakov A.F. Preliminary results on the effect of the particles concentration on their fluctuating velocities for gas-solid turbulent pipe flow // Proc. of the 9th Workshop on Two-Phase Flow Predictions, Merseburg, Germany. 1999. P.285–291.

17. Varaksin A.Yu., Polezhaev Yu.V., Polyakov A.F. Effect of particle concentration on fluctuating velocity of the disperse phase for turbulent pipe flow;

Int. J. Heat and Fluid Flow. 2000. V.21. P.562–567.

Приложение 1. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С. Методы лазерной доплеровской анемометрии. М.: Наука. 1982.

2. Ринкевичюс Б.С. Лазерная диагностика потоков / Под ред.

Фабриканта В.А. М.: Изд-во МЭИ. 1990.

3. Laser Doppler Anemometry. An Introduction to the Basic Principles.

DISA Documentation Department Scientific Research Equipment Division. Denmark. 1981.

4. 55L90a LDA Counter Processor. Instruction Manual. DISA Documentation Department, Scientific Research Equipment Division.

Denmark. 1982.

5. Laser Doppler Anemometry. DANTEC Elektronik Scientific Research Equipment Information Department. Denmark. 1983.

6. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1991. 304с.

7. Devenport W.J. Experiment 4 – Laser Doppler Anemometry // Experimental Methods. Course Manual [Электрон. ресурс]. Department of Aerospace and Ocean Engineering Virginia Polytechnic Institute and State University. 2006. Режим доступа:

http://www.aoe.vt.edu/~devenpor/aoe3054/manual/ 8. Benson M.J., Eaton J.K. The Effects of Wall Roughness on the Particle Velocity Field in a Fully Developed Channel Flow // National Aeronautics and Space Administration. Report No. TSD-150.

Thermosciences Division. Department of Mechanical Engineering.

Stanford University. 2003. 58p.

9. Ibsen C. H. An Experimental and Computational Study of Gas-Particle Flow in Circulating Fluidised Reactors // Ph.D. thesis. Aalborg University Esbjerg, Denmark. 2002. 261p.

ПРИЛОЖЕНИЕ ПРИНЦИП ЛАЗЕРНО-ДОПЛЕРОВСКОЙ АНЕМОМЕТРИИ 1. Метод ЛДА и его преимущества Метод лазерной доплеровской анемометрии относится к оптическим методам исследования как однофазных, так и многофазных потоков [1, 2]. Главное достоинство оптических методов диагностики потоков заключается в возможности проведения измерений без возмущения течения в области исследования. Также можно отметить целый ряд причин, делающих метод ЛДА привлекательным для исследования динамики потока:

1) высокое пространственное разрешение потока в силу малой величины измерительного объема;

2) высокое временное разрешение благодаря использованию быстродействующего процессора доплеровского сигнала;

3) не требует калибровки по причине линейной связи между частотой доплеровского сигнала и скоростью;

4) возможность проведения одновременного измерения нескольких компонент вектора скорости;

5) острая направленность измерений, так как измеряемая величина представляет проекцию вектора скорости в направлении, определяемом оптической системой;

6) возможность определения направления вектора скорости (измерение реверсивной скорости) потока, благодаря использованию оптико-электронного сдвига частоты;

7) высокая устойчивость и повторяемость результатов измерений.

Для успешного применения ЛДА при проведении исследований необходимо соблюдение следующих требований к рабочему участку:

1) исследуемый поток должен быть оптически прозрачным для зондирующих лазерных лучей;

2) при определении скоростных характеристик течения необходимо наличие в потоке светорассеивающих частиц-трассеров;

3) для организации доступа зондирующего излучения в рабочий участок требуется наличие окон.

2. Принцип измерения скоростей твердых частиц 2.1. Измерительный объем ЛДА Согласно интерференционной модели [3–5] два лазерных луча с гауссовым распределением интенсивности ( TEM 00 - мода) и длиной волны, пересекающиеся под углом, образуют в области пересечения интерференционный объем (Рис. 1).

Рис. 1. Формирование интерференционного объема при пересечении двух когерентных лазерных лучей Интерференционный объем представляет собой эллипсоид, размеры которого определяются оптическими свойствами системы рис.2. В общем случае измерительный объем есть область, размер которой может быть меньше или больше размера интерференционного объема и, определяется прежде всего параметрами передающей и принимающей оптико-электронных системы (мощность лазера, диаметр перетяжки, угол пересечения лазерных пучков, напряжение на фотодетекторе, величина электронного усиления сигнала), а также положением и характеристиками светорассеивающих частиц (размер, оптические свойства, концентрация).

Рис. 2. Геометрические характеристики интерференционного объема Геометрия измерительного объема характеризуется величинами d x, d y и d z, определяемыми по уровню интенсивности 1 e 2 = 13%.

Размеры d x, d y и d z вычисляются как df dx = ;

cos dy = d f ;

df dz =, sin где d f – это диаметр в перетяжке сфокусированного лазерного луча и определяется следующим образом:

4 f df =, E dl где f – фокусное расстояние фронтальной линзы, – длина волны излучения, E – коэффициент расширения луча, d l – диаметр лазерного луча перед расширением.

Таким образом, малая ось эллипсоида (размеры d x и d y ) зависит от величины перетяжки луча лазера и слабо изменяется при изменении угла пересечения лучей, в то время как большая ось (размер dz) увеличивается с уменьшением угла между лучами.

Период интерференционной решетки в измерительном объеме геометрически (см. Рис. 3) связан с оптическими параметрами измерительной системы:

из ABC : AB = ;

sin AB из ABD : f = AD = ;

cos следовательно f =. (1) 2 sin Количество интерференционных полос в измерительном объеме определяется как:

2d f dz Nf = = ).

tan( f A Вид А D B C f f A Рис. 3. Определение периода интерференционной решетки в области пересечения лазерных пучков 2.2. Доплеровский сигнал от светорассеивающей частицы Пролетающая через измерительный объем частица пересекает интерференционные полосы. При условии, что размер частицы соизмерим с размером периода интерференционной решетки и, что измерительный объем формируется двумя монохроматическими когерентными лазерными пучками одинаковой интенсивности, интенсивность рассеянного излучения будет изменяться в соответствии с изменением интенсивности излучения в области пересечения лазерных пучков. В таком случае сигнал от светорассеивающей частицы на приемном устройстве состоит из двух частей (Рис. 4):

1) низкочастотной части или гауссового пьедестала с пиковой амплитудой I ped, производимой рассеянным частицей светом от обоих лазерных лучей;

2) высокочастотной части или синусоидального сигнала с гауссовым распределением амплитуды Is, производимой интерференцией рассеянного частицей света от двух лучей. Максимумы и минимумы интенсивности сигнала, приходящего от частицы, отражают наличие интерференционной картины в измерительном объеме.

Рис. 4. Сигнал от светорассеивающей частицы Одной из основных характеристик доплеровского сигнала является видность, определяемая из следующего соотношения:

= ( I max I min ) /( I max + I min ). (2) Видность сигнала зависит от многих факторов, среди которых можно отметить:

1) размер светорассеивающей частицы и ее оптические свойства;

2) поляризационные свойства и отношение интенсивностей формирующих интерференционный объем лучей;

3) угол пересечения лучей;

4) характеристики и местоположение принимающей оптики.

Как правило, увеличение размера частицы (при прочих равных условиях) приводит к снижению видности сигнала. Действительно, из простых физических соображений ясно, что с ростом размера частиц низкочастотная составляющая сигнала увеличивается, а высокочастотная, напротив, снижается. Так в случае мелких частиц I max / I min и в соответствии с (2) получаем, что 1. Для крупных частиц I max / I min 1 и 0. Типичный вид доплеровских сигналов различающихся по размерам частиц приведен на Рис. 5.

Рис. 2.3. Связь скорости частиц с характеристиками доплеровского сигнала ЛДА Скорость частицы в процессоре доплеровского сигнала счетного типа (модель 55L90a LDA Counter Processor), определяется на основе времяпролетного метода [3–5], схематично представленного на Рис. 6. В этом случае скорость частицы U x определяется соотношением Ux = N f f / f, где f – время пролета полос.

При этом связь между измеряемой величиной “доплеровского” сдвига частоты fD и проекцией скорости на ось перпендикулярную интерференционным полосам U x линейна и зависит от угла между пересекающимися лазерными лучами и длины волны излучения :

2U x f D = f0 + sin, где f 0 – устанавливаемый аппаратно частотный сдвиг одного из лазерных пучков для устранения неопределенности в определении направления движения частицы.

Рис. 6. Определение скорости частицы времяпролетным методом 2.4. Определение статистических характеристик потока Получаемые в результате измерений мгновенные значения скоростей частиц и газовой фазы используют для нахождения необходимых статистических характеристик. Чаще всего ограничиваются определением осредненных значений скоростей и их средних квадратичных отклонений согласно следующих соотношений N Vj = v ji, N i = N ( v ji V j ) v j2 =, N i = где V j – j -ые компоненты осредненной скорости частиц;

v j2 – j -ые компоненты среднего квадратичного отклонения осредненной скорости частиц;

v ji – i -ое значение измеренной скорости частиц;



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.