Теоретические основы CFD анализа конструкции струйной мельницы
Вычислительная аэрогидродинамика используется для решения задач, связанных с течениями жидкостей и газов, а также с сопутствующими явлениями:
· Теплообмен
· Массообмен
· Химические реакции
· Горение
· Многофазные течения
Вычислительная аэрогидродинамика используется не только для решения задач, связанных с течениями жидкостей и газов. Помимо этого, она может использоваться для моделирования термодинамических явлений и химических реакций, происходящих в потоке.
Термодинамические эффекты включают в себя теплообмен в пределах жидкости, плюс теплообмен между жидкостью и поверхностями обтекаемых твердых тел. Также имеется возможность решения задач сопряженного теплообмена, когда распределение температуры в твердом теле вычисляется наряду с распределением температуры в обтекающем его потоке. Кроме задач теплопроводности и конвективного теплообмена можно решать задачи радиационного (лучистого) теплообмена.
Методы вычислительной аэрогидродинамики применяются также и для моделирования переноса химических реагентов в потоке жидкости или газа. При этом можно учитывать происходящие химические реакции. Типичным примером сложной сопряженной задачи аэрогидродинамики, теплообмена и массообмена является задача о горении.
Некоторые основные уравнения дают (практически) точное описание реальных физических явлений – как, например, уравнения Навье-Стокса для ламинарного течения.
Другие уравнения основаны на допущениях и предположениях – например, уравнения k-ε модели для турбулентного течения.
При условии выполнения гипотезы Стокса, уравнения Навье-Стокса дают полное описание ламинарного течения. К сожалению, этого нельзя сказать о всех уравнениях вычислительной аэрогидродинамики. Часть уравнений построена на некоторых предположениях и допущениях.
Несмотря на то, что можно вывести “точные” уравнения для большинства физических явлений имеющих место при турбулентном течении, широкий спектр пространственных и временных масштабов этих явлений, и, как следствие, трудности, связанные с решением подобных уравнений, вынуждают вводить разного рода приближениям, которые называют моделями турбулентности. Эти модели включают в себя описание турбулентного горения и турбулентного тепло- и массообмена.
Основная масса явлений, представляющих интерес с точки зрения вычислительной аэрогидродинамики, описывается нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных.
Существует 4 основных типа численных методов, применяемых для решения этих уравнений:
· Метод конечных разностей