Численное исследование нестационарного тепломассообмена в криогенном резервуаре долговременного хранения с подвижной границей раздела фаз

Вестник ТюмГУ. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика.


Выпуск:

2019. Том 5. №2

Название: 
Численное исследование нестационарного тепломассообмена в криогенном резервуаре долговременного хранения с подвижной границей раздела фаз


Для цитирования: Солдатов Е. С. Численное исследование нестационарного тепломассообмена в криогенном резервуаре долговременного хранения с подвижной границей раздела фаз / Е. С. Солдатов // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2019. Том 5. № 2. С. 148-159. DOI: 10.21684/2411-7978-2019-5-2-148-159

Об авторе:

Солдатов Евгений Сергеевич, инженер направления «Нефть и газ», АО «Линде Газ Рус» (г. Балашиха); eLibrary AuthorID, volshebnoekoltso@mail.ru

Аннотация:

В статье рассмотрены численные методы исследования процесса нестационарного тепломассообмена в резервуаре при длительном хранении криогенных жидкостей. В связи с отсутствием на сегодняшний день универсальной модели турбулентности отмечена перспективность использования метода осреднения по Рейнольдсу и применяемых для замыкания системы уравнений полуэмпирических моделей турбулентности благодаря приемлемым требованиям к вычислительным ресурсам. Представлена компьютерная модель для расчета теплофизических параметров криопродукта, учитывающая перемещение границы раздела фаз «жидкость — пар» внутри сосуда. Проведено сравнение двухпараметрических полуэмпирических моделей турбулентности применительно к решению поставленной задачи с точки зрения длительности расчета, требований к вычислительным ресурсам и точности полученных результатов. На основе экспериментальных данных о параметрах температурного поля в паровом пространстве резервуара со сжиженным природным газом проведена верификация разработанной компьютерной модели для каждой из проанализированных моделей турбулентности. На основании результатов моделирования сделан вывод о возможности и целесообразности проведения численного исследования (вместо дорогостоящего экспериментального) для расчета теплофизических параметров при долговременном хранении, в том числе для расчета оценки величины перемещения границы раздела фаз.

Список литературы:

  1. Амирханян Н. В. Теоретический анализ и методика расчета теплофизических процессов, протекающих в криогенной емкости в режиме бездренажного хранения / Н. В. Амирханян, С. Г. Черкасов // Теплофизика высоких температур. 2001. Том 39. № 6. С. 970-976. DOI: 10.1023/A:1013103425192
  2. Бармин И. В. Сжиженный природный газ: вчера, сегодня, завтра / И. В. Бармин, И. Д. Кунис; под ред. А. М. Архарова. М.: Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, 2009. 256 с.
  3. Беляков В. П. Криогенная техника и технология / В. П. Беляков. М.: Энергоиздат, 1982. 272 с.
  4. Домашенко А. М. Тепломассообмен и гидродинамика в криогенных топливных системах на объектах наземного и морского базирования / А. М. Домашенко // Альтернативная энергетика и экология. 2009. № 3 (71). С. 12-60.
  5. Енжаева Т. В. Снабжение потребителей газовым топливом в условиях ограничения поставок / Т. В. Енжаева // Техническое регулирование в транспортном строительстве. 2018. № 4 (30). С. 13-17.
  6. Исаев А. И. Гидродинамическая верификация и валидация численных методов расчета течения в камере сгорания газотурбинного двигателя / А. И. Исаев, С. В. Скоробогатов // Труды МАИ. 2017. № 97. С. 7.
  7. Коркодинов Я. А. Обзор семейства k-ε моделей для моделирования турбулентности / Я. А. Коркодинов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2013. Том 15. № 2. С. 5-16.
  8. Кузьминов А. В. Метод расчета турбулентных течений несжимаемой жидкости на основе двухслойной (k-ε)-модели / А. В. Кузьминов, В. Н. Лапин, С. Г. Черный // Вычислительные технологии. 2001. Том 6. № 5. С. 73-86.
  9. Кукушкин Ю. А. Математическое обеспечение оценивания состояния материальных систем / Ю. А. Кукушкин, А. В. Богомолов, И. Б. Ушаков // Информационные технологии. 2004. № 7. 32 с.
  10. Федорова Н. Н. Основы работы в ANSYS 17 / Н. Н. Федорова, С. А. Вальгер, М. Н. Данилов, Ю. В. Захарова. М.: ДМК Пресс, 2017. 210 с.
  11. Харитонов В. П. Фундаментальные уравнения механики жидкости и газа / В. П. Харитонов. М.: Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, 2012. 65 с.
  12. Hariti R. Numerical simulation of heat transfer by natural convection in a storage tank / R. Hariti, M. Fekih, M. Saighi // International Journal of Application or Innovation in Engineering & Management (IJAIEM). 2013. Vol. 2. № 8. Pp. 340-343.
  13. Orszag S. A. Renormalization group modeling and turbulence simulations / S. A. Orszag, V. Yakhot, W. S. Flannery, F. Boysan, D. Choudhury, J. Maruzewski, B. Patel // Near-Wall Turbulent Flows: proceedings of the International Conference on Near-Wall Turbulent Flows (15-17 March 1993, Tempe, Arizona). Amsterdam; New York: Elsevier, 1993. Pp. 1031-1046.
  14. Roh S. Numerical study of natural convection in a liquefied natural gas tank / S. Roh, G. Son // Journal of Mechanical Science and Technology. 2012. Vol. 26. № 10. Pp. 3133-3140. DOI: 10.1007/s12206-012-0820-x
  15. Zakaria M. S. Computational simulation of boil-off gas formation inside liquefied natural gas tank using evaporation model in ANSYS Fluent / M. S. Zakaria, K. Osman et al. // Applied Mechanics and Materials. 2013. № 393. Pp. 839-844. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.393.839