Влияние межфазного трения на характеристики истечения двухфазной смеси в среду с высокой плотностью

Об авторах:

Алексеев Максим Валерьевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН (г. Новосибирск); alekseev@itp.nsc.ru

Вожаков Иван Сергеевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН (г. Новосибирск); vozhakov@gmail.com

Лежнин Сергей Иванович, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН (г. Новосибирск); lezhnin@itp.nsc.ru

Прибатурин Николай Алексеевич, доктор технических наук, главный научный сотрудник, Институт Теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН (г. Новосибирск); pribaturin@itp.nsc.ru

Аннотация:

Выполнено численное моделирование истечения дисперсной двухфазной смеси в среду с высокой плотностью при различных размерах капель. Проведено сравнение результатов численного моделирования и расчета по асимптотической упрощенной квазистационарной модели. В работе приведены характерные параметры расчета: эволюция размеров газовой полости и давление в ней, распределение давления и объемного паросодержания по расчетной области. Установлено, что эффект скольжения фаз существенно влияет на динамику и на характеристики стационарного истечения. Показано, что скорость роста газовой полости, полученная по упрощенной модели, выше, чем при численном моделировании. Минимальная скорость роста газовой полости получена при небольших размерах капель 5-10 м, т. е. практически в отсутствие скольжения. Результаты численных расчетов по двухскоростной модели и результаты, полученные при использовании асимптотической квазистационарной модели, имеют удовлетворительное согласие на больших временах. При увеличении начального давления в объеме, из которого происходит истечение, разница между упрощенной моделью и численным расчетом уменьшается.

Список литературы:

1. Алексеев М. В. Генерация ударноволновых и вихревых структур при истечении струи вскипающей воды / М. В. Алексеев, С. И. Лежнин, Н. А. Прибатурин, А. Л. Сорокин // Теплофизика и аэромеханика. 2014. № 6. С. 795-798. 
2. Алексеев М. В. Особенности эволюции волн давления, генерируемых вскипающим теплоносителем / М. В. Алексеев, И. С. Вожаков, С. И. Лежнин, Н. А. Прибатурин // Теплофизика и аэромеханика. 2016. Том 23. № 6. С.897-906. 
3. Белоцерковский О. М. Прямое численное моделирование свободной развитой турбулентности / О. М. Белоцерковский // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1985. Том 25. № 12. С. 1856-1882. 
4. Вожаков И. С. Моделирование истечения газа в среду с высокой плотностью / С. И. Лежнин, М. В. Алексеев, А. Р. Богомолов, Н. А. Прибатурин // Вестник Кузбасского Государственного Технического Университета. 2016. № 5(117). С. 81-87. 
5. Кудашов И. Г. Модели теплообмена кода СОКРАТ-БН для расчета кипения натрия в каналах разной геометрии / И. Г. Кудашов, Э. В. Усов, А. А. Бутов, И. С. Вожаков, Н. А. Прибатурин, С. И. Лежнин, М. Е. Кузнецова, Ю. Ю. Виноградова, Р. В. Чалый, В. Н. Семенов, А. Л. Фокин, Н. И. Рыжов // Атомная энергия. 2014. № 11 (Том 117. Вып. 5). С. 261-265. 
6. Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред / Р. И. Нигматулин. М.: Наука; Глав. ред. физико-математической лит-ры, 1987. Том 1. 
7. Салтанов Г. А. Неравновесные и нестационарные процессы в газодинамике однофазных и двухфазных сред / Г. А. Салтанов. Москва: Наука, 1979. 
8. Седов Л. И. Механика сплошной среды / Л. И. Седов. М.: Наука; Глав. ред. физ.-мат. лит-ры, 1970. Том 2. 568 с. 
9. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Г. Шлихтинг. М.: Наука, 1974. 
10. Boris J. P. LCPFCT — Flux-Corrected Transport Algorithm for Solving Generalized Continuity Equations / J. P. Boris, A. M. Landsberg, E. S. Oran, J. H. Garder // Naval Research Laboratory Report No 6410-93-7192. 1993. 
11. Downar-Zapolski P. The Non-Equilibrium Relaxation Model for One-Dimensional Liquid Flow / P. Downar-Zapolski, Z. Bilicky, L. Bolle, J. Franco // International Journal of Multiphase Flow. 1996. Vol. 22. No 3. Pp. 473-483. DOI: 10.1016/0301-9322(95)00078-X
12. Liu H. The Phenomenon Analysis of Different Blowing Stages under High Pressure Air Blowing the Submarine Main Ballast Tanks / H. Liu, J. Y. Pu, Q. X. Li // Proceedings SPIE 8349, Fourth International Conference on Machine Vision (ICMV 2011): Machine Vision, Image Processing, and Pattern Analysis (January 11,2012), 83492C. 
13. Nakai H. Numerical Model for Bubble Growth and Gas Decompression during Longitudinal Fracture in Underwater Pipelines / H. Nakai, S. Aihara, A. Morita // The Twenty-Fifth International Ocean and Polar Engineering Conference (June 21-26, 2015, Kona, Hawaii, USA). International Society of Offshore and Polar Engineering, ISOPE-I-15-711.