Текущий и итоговый контроль результатов изучения дисциплины

Предмет науки о движении многофазных потоков в трубопроводах обширен и важен. С целью лучшего усвоения математического и физического аппарата дисциплины, лекционного и практического материала вводится текущий контроль за самостоятельной работой студентов. Организация текущего контроля за домашними заданиями строится на оценках знаний студентов по рейтинговой системе ТПУ (см. таблицу).

Оценка видов занятий по дисциплине

Формой контроля знаний по теоретическим разделам курса являются тесты, экспресс-опросы на лекциях и практических занятиях, а также контрольные точки, защита заданий, индивидуальных проектов (рефератов).

Пример тестового опроса

1. Какова область применимости закона Стокса?

2. Какие параметры определяют длину гидродинамического начального участка при дисперсном течении в канале?

3. Какие режимы движения дисперсных сред существуют в каналах?

4. Принципы работы ЛДИС

5. Эффекты тепловой и динамической ламинаризации: физический смысл?

6. Критерии подобия в дисперсных средах. Их роль в анализе процессов переноса.

Пример лабораторного занятия

Тема “Исследование закономерностей изменения осредненных и пульсационных параметров газожидкостного турбулентного потока в круглой трубе”

Инструментарий: установка для исследования развития ламинарного и турбулентного движения однофазных и многофазных сред с входным коллектором в начальном участке и с регулирующим на входе расход кране, ЛДИС аппаратура.

Задачи занятия, особенности опыта и ожидаемые результаты.

1. С целью установления степени доверия результатам измерений первоначально на стенде определяются все динамические осредненные и пульсационные характеристики однофазного вязкостно-инерционно-гравитационного и вихревого течения, например, . Для диапазона Re=1000-50000 выполнено сравнение с данными измерений локальных и интегральных параметров течения, выполненных Пфеннингером, Дж. Лауфером. В силу того, что в сравнении с однофазным потоком, для двухфазной среды почти отсутствуют данные о распределении нормальных и касательных турбулентных напряжений, о коэффициентах корреляции пульсационных параметров по сечению и в области стенки, то работа по их определению будет полезна при расчете осредненных скоростей по гипотезам о распределении касательных напряжений. Известно, что профили скоростей газа, измеренные над волновой поверхностью жидкости в трубах, имеют более сложный вид, чем профили скорости в однофазном потоке. Поэтому для газожидкостных сред измерения напряжений выполняются для различных типов волн на поверхности раздела и имеют цель установить, как состояние поверхности раздела влияет на закономерности изменения по сечению потока. В опытах изменяется число Фруда, Рейнольдса, Струхаля и поддерживается постоянным газосодержание, что обеспечивает устойчивость положения динамической оси газовой фазы и уровня жидкости в трубе, а также дает возможность сопоставить разные режимы. Кроме того, на занятии проверяются отдельные функциональные связи турбулентных напряжений от изменений радиального параметра в газовой фазе в области от динамической оси к стенке.

2. Другая задача занятия состоит в выяснении условий формирования вязкого подслоя, сущность которого составляют резкое затухание пульсаций скорости и постоянство градиента осредненных скоростей. Наличие такого подслоя свидетельствует в пользу моделей турбулентных потоков, учитывающих пульсационность пристеночного слоя. Присутствие пульсационной скорости в этом подслое равносильно наличию турбулентного переноса. Но ввиду резкого затухания пульсаций, и это необходимо установить в опытах, роль турбулентного переноса по мере приближения к стенке будет сказываться все меньше.

3. При движении газожидкостной смеси пульсация концентрации создает качественно новый поток, в котором крупномасштабная турбулентность имеет определяющее значение. Для проверки такой гипотезы проводятся эксперименты на разделенных режимах течения с редкой набегающей волной.

4. Анализ влияния пульсаций газосодержания на характер турбулентных пульсаций. В этой части работы необходимо выяснить, способствует ли увеличение объема жидкой фазы увеличению продольной пульсационной составляющей скорости.

В газожидкостном потоке при разделенном режиме течения граница раздела фаз колеблется в резонансе с пульсациями крупномасштабных вихрей в газовой фазе. Учитывая разные плотности жидкости и газа, можно предположить, что появляющиеся в спектре турбулентных пульсаций скорости газовой фазы крупномасштабные вихри есть результат пульсаций концентраций жидкой фазы.

Вычисления. На основании показаний измерительных устройств по сечениям трубопровода вычисляются: падение давления на единицу длины, распределения скоростей потока, напряжения и коэффициенты корреляций в области ядра течения и стенки трубы, где пульсации скорости достигают своего максимума. От стенки до точки максимума эпюр безразмерные напряжения часто аппроксимируют в виде: , где δ – расстояние максимума эпюры, - динамическая скорость. Задача состоит в выяснении корректности подобных формулировок в широком изменении условий входа. Использование динамической скорости для нормировки эпюр распределения пульсационных скоростей оправдано тем, что закономерности оказываются независимыми от Re.

Возможности численных моделей в предсказании структуры вязкостных и вихревых течений устанавливаются в результате сравнений расчетных и измеренных профилей осредненных и пульсационных параметров течения однофазного потока и многофазных сред.

Формой итогового контроля является зачет. Используются обобщённые тесты и билеты.