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


https://doi.org/10.21822/2073-6185-2021-48-1-65-75

Полный текст:


Аннотация

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).


Об авторах

А. А. Сидоров
Национальный исследовательский университет «МЭИ»
Россия

аспирант

111250, Москва, Красноказарменная ул., 14, Россия



А. К. Ястребов
Национальный исследовательский университет «МЭИ»
Россия

кандидат технических наук, доцент кафедры низких температур

111250, Москва, Красноказарменная ул., 14, Россия



Список литературы

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).


Дополнительные файлы

Для цитирования: Сидоров А.А., Ястребов А.К. ИНТЕГРАЦИЯ МОДУЛЯ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ В CFD-ПАКЕТ ДЛЯ ЗАДАЧИ ОБЪЕМНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ПРИ ИСТЕЧЕНИИ ПАРОГАЗОВОЙ СМЕСИ ЧЕРЕЗ СОПЛО. Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2021;48(1):65-75. https://doi.org/10.21822/2073-6185-2021-48-1-65-75

For citation: Sidorov A.A., Yastrebov A.K. INTEGRATION OF THE NUMERICAL SOLUTION MODULE OF THE KINETIC EQUATION INTO THE CFD PACKAGE FOR THE VOLUME CONDENSATION PROBLEM OF THE VAPOR-GAS MIXTURE FLOW THROUGH A NOZZLE. Herald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2021;48(1):65-75. (In Russ.) https://doi.org/10.21822/2073-6185-2021-48-1-65-75

Просмотров: 21

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-6185 (Print)
ISSN 2542-095X (Online)