ИНТЕГРАЦИЯ МОДУЛЯ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ В CFD-ПАКЕТ ДЛЯ ЗАДАЧИ ОБЪЕМНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ПРИ ИСТЕЧЕНИИ ПАРОГАЗОВОЙ СМЕСИ ЧЕРЕЗ СОПЛО

Цель. Интеграция модуля численного решения кинетического уравнения для функции распределения капель по размерам в CFD-пакет. Применение модуля к задаче объемной  конденсации при сверхзвуковом истечении парогазовой смеси через сопло в двумерной  постановке, сравнение результатов с экспериментальными данными сторонних авторов. 

Метод. В настоящей работе задача об объемной конденсации при сверхзвуковом истечении парогазовой смеси через сопло решается методами конечных элементов в двумерной постановке с использованием пользовательских функций UDF.

Результат. Представлен модуль для численного решения кинетического уравнения для функции распределения капель по размерам, выполненный в виде пользовательской функции UDF, интегрированной в расчетный CFD-пакет.

Вывод. Применение модуля к задаче об объемной конденсации при истечении парогазовой смеси через сопло дало качественное во всех областях и количественное согласование в области интенсивной конденсации с экспериментальными данными. Представлены распределения температур, давлений, степени пересыщения как вдоль центральной оси, так и на плоскости, ограниченной контуром расчетной области. Показано, что модуль не зависит от типа решателя (стационарный или нестационарный).

1. Стернин Л.Е. Основы газодинамики двухфазных течений в соплах. М.: Машиностроение, 1974.

2. Сидоров А.А., Ястребов А.К. Влияние геометрических характеристик канала и свойств парогазовой смеси на объемную конденсацию при течении в сопле // Теплоэнергетика. 2018. № 1. С. 68-76.

3. H. Pathak, K. Mullick, S. Tanimura, B. E. Wyslouzil. Nonisothermal Droplet Growth in the Free Molecular Regime. //Aerosol Science and Technology, 47:1310–1324, 2013.

4. Crabtree A. Thermophysical Properties of Saturated Light and Heavy Water for Advanced Neutron Source Applications. Oak Ridge National Laboratory, ORNL/TM- 12322, 1993.

5. Herrig S., Thol M. A Reference Equation of State for Heavy Water //J. Phys. Chem. Ref. Data, Vol. 47, No. 4, 2018.

6. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М., 1972 г., 720 стр.

7. N.M. Kortsenshteyn, A.K. Yastrebov. Interphase heat transfer during bulk condensation in the flow of vapor – gas mixture // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2012. Vol. 55. pp 1133 – 1140.

8. Pope S. B. Turbulent Flows. Cambridge University Press, 2000, 771 c.

9. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика. Издание 6-е. М.: Физматлит, 2015. 728 с. (Теоретическая физика, т. VI).

10. Fluent Theory guide 14, https://www.ansys.com/Products/Fluids/ANSYS-Fluent.

11. Лабунцов Д.А., Ягов В.В. Механика двухфазных систем: Учебное пособие для вузов – М.: Издательство МЭИ, 2000, 374 стр.

12. Корценштейн Н.М., Самуйлов Е.В., Ястребов А.К. Новый метод моделирования объемной конденсации пересыщенного пара // Теплофизика высоких температур, 2009, том 47, №1, с. 1-12.

13. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. С. 271-294.

14. И.Н. Шишкова, А.К. Ястребов. Расчет потока массы пара при изотермической конденсации на сферических каплях в широком диапазоне чисел Кнудсена на основе решения кинетического уравнения Больцмана // Коллоидный журнал, 2016. Т. 78, № 5. С. 660 – 667.

15. И.Н. Шишкова, А.К. Ястребов. Исследование испарения и конденсации в присутствии наночастиц // Коллоидный журнал. 2015. Т. 77. № 5. С. 669 – 675.

16. Xuewen C., Yang L., Xuerui Z., Dan G. Jiang B. Supersonic refrigeration performances of nozzles and phase transition characteristics of wet natural gas considering shock wave effects // Case Studies in Thermal Engineering Volume 24, 100833.

17. A. Giesen, A. Kowalik & P. Roth (2004) Iron-atom condensation interpreted by a kinetic model and a nucleation model approach, Phase Transitions: A Multinational Journal, 77:1-2, 15-129.

18. Shishkova I.N., Kryukov A.P., Levashov V.Y. Vapour–liquid jointed solution for the evaporation–condensation problem // International Journal of Heat and Mass Transfer Volume 141, October 2019, Pages 9-19.

19. Pathak, K. Mullick, S. Tanimura, B. E. Wyslouzil. The structure of D2O-nonane nanodroplets // The Journal of Chemical Physics 140, 224318 (2014);

20. H. Pathak, S. Tanimura, B. E. Wyslouzil. Binary nucleation rates for ethanol/water mixtures in supersonic Laval nozzles: Analyses by the first and second nucleation theorems// The Journal of Chemical Physics 139, 174311 (2013).