Автореферат (Моделирование процессов тепломассопереноса при течении двухфазных потоков в зернистых средах), страница 2

Киото, Япония); 6-ой Российской национальнойконференциипоМеждународнойтеплообменунаучной(МЭИ,конференцииМосква,27-31«Математическиеоктябряметоды2014г.);в28-ойтехникеитехнологиях» (Саратов, 22–24 апреля 2015г.); XX Школе-семинаре молодых ученых испециалистовподруководствомакадемикаРАНА.И.Леонтьева«Проблемыгазодинамики и тепломассообмена в энергетических установках» (Звенигород, 24-29 мая2015 г.); Четвертой Всероссийской студенческой научно-технической конференции«Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность иэкология» (Казань, 16-18 декабря 2015г.); 29-ой Международной научной конференции6«Математические методы в технике и технологиях» (Санкт-Петербург, 31мая-3июня2016г.); XV Минском международном форуме по тепломассообмену (Минск, Беларусь,23-26 мая 2016г.); 30-ой Международной научной конференции «Математические методыв технике и технологиях» (Санкт-Петербург, 30 мая – 2 июня 2017 г.); 12-оймеждународной конференции International Conference «Two-Phase Systems for Space andGround Applications» (г.

Новосибирск, 11-15 сентября 2017 г.); XXXIV Сибирскомтеплофизическом семинаре (Новосибирск, 27 – 30 августа, 2018 г.); 31-ой Международнойнаучной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 20 21 сентября 2018 г.); 7-ой Российской Национальной Конференции по Теплообмену(МЭИ, Москва, 22-26 октября 2018 года 2018 г.); XV Всероссийской школе-конференциимолодых ученых с международным участием «Актуальные вопросы теплофизики ифизической гидрогазодинамики» (Новосибирск, 20-23 ноября 2018 г.).ПубликацииПо материалам диссертации опубликована 23 работы, из них 5 в рецензируемыхжурналах из списка ВАК, включая 4 индексируемые Scopus и Web of Science, а также 18 вдругих научно-технических журналах, сборниках трудов и тезисах международных ироссийских конференций, в том числе на 15-ой Международной конференции потеплообмену в Киото (Япония).

Также получено свидетельство о регистрации программыдля ЭВМ и опубликована монография по теме диссертационного исследования.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитируемойлитературы. Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 60иллюстраций и 2 таблицы. Список литературы состоит из 107 библиографических ссылок.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность работы, поставлена цель работы, показананаучная новизна и практическая значимость, личный вклад, методы исследования,представлены основные положения работы, обоснована достоверность результатов,представлена информация об апробации, публикациях, структуре и объеме диссертации.Впервойглавеприводитсяобзорпроблемыкритическогоистеченияпарожидкостной смеси, актуальность задачи при построении каталитических реакторов, атакже современных атомных реакторов малой мощности, приведено состояниеэкспериментальных и численных исследований данной задачи.Во второй главе описаны эксперименты и численное исследование поопределению скорости всплытия и интенсивности массоотдачи газового пузыря придвижении в трубе при различных углах наклона, в чистой жидкости и при наличии7зернистой засыпки различных диаметров.

Скорость всплытия пузырей определяласьвремяпролетным методом, суть которого заключается в том, что на заданном рабочемучастке фиксируется время входа в рабочий участок и время, когда газовый пузырьпокидает участок. Затем разница времени делится на длину рабочего участка, чтопозволяетполучитьскоростьвсплытияпузыря.Относительныйкоэффициентинтенсивности массоотдачи определялся по изменению объема газового пузыря в концерабочего участка.Разработана математическая модель, предназначенная для трёхмерного численногомоделирования процесса массообмена в трубах.

В задаче рассмотрен трёхмерный случайдвижения газового снаряда в трубе, заполненной жидкостью. На основе методасглаженных частиц была разработана модель движения газового снаряда в трубе с учётомпроцесса массоотдачи. Метод сглаженных частиц основан на представлении жидкостикак совокупности дискретных частиц, которые располагаются на некотором расстояниидруг от друга, называемым расстоянием сглаживания.

Влияние каждой частицы насвойства соседних частиц рассчитывается на основе её плотности и расстоянии дочастицы, для которой нужно рассчитать параметры. Для расчёта вводится понятиефункции ядра. В качестве функции ядра используется функция Гаусса. Значениепроизвольной величины в точке r в интегральном виде задаётся следующей формулой (1):() = ∫ ( ' ) ( − ' , ℎ)′(1)В дискретном представлении значение для произвольной точки представляется вследующей форме (2):1() = ∑0 0 32 (| − ' |, ℎ)(2)2Сглаживающее ядро при этом должно удовлетворять следующему условию:∫ (||, ℎ) = 1(3)Объём, занимаемый каждой частицей, вычисляется по следующей формуле:7 = 3(8)Для(4)исследованиядинамикивсплытиягазовогоснарядаиспользоваласьвычислительная система с центральным процессором Intel Xeon E5-1620 и 32 Гбоперативной памяти.

Моделирование проводилось на графическом процессоре nVidiaTeslaC2075.Пиковаяпроизводительностьграфическогопроцессорасоставляет1,03 ТФлоп.Расчётная область в случае расчёта движения и массотдачи газового пузыря в трубес зернистым слоем представляет собой цилиндр, имеющий свободное от частиц8пространство в начале трубы для стабилизации скорости газового пузыря и в конце послепрохождения через зернистый слой (рис. 1).

Расчёты проводились для углов от 10 до 90˚ сшагом 5˚.Рис. 1 Схема расчётной области трубы с зернистой засыпкой: 1 – входной участок; 2 –газовый пузырь; 3 – конечный участок; 4 – зернистая засыпкаДляопределенияинтенсификациимежфазноймассоотдачибылвведёнбезразмерный эффективный коэффициент, вычисляемый как отношение объёма пузыря вконце рабочего участка при заданном угле наклона к объёму газового пузыря в конце:рабочего участка при вертикальном положении трубы = : ; .<=Результаты измерения скоростей всплытия газового снаряда в зависимости от угланаклона показали экстремальный характер зависимости, что согласуется с ранееполученными результатами для воздуха и воды.Результаты математического моделирования подтвердили результаты, полученныев эксперименте.

В обоих случая максимум скоростей приходится на угол наклона 40˚.Экстремальный характер этих зависимостей связан с изменением формы газового пузыря,что оказывает влияние на сопротивление, и проекцией выталкивающей силы. Выполненосравнение численных и экспериментальных данных, показана их согласованность иобобщены выводы по зависимостям интенсивности межфазного массообмена от угланаклона и диаметра зерна засыпки.С целью обобщения полученных экспериментальных и расчетных данных былвведен безразмерный критерий скорости всплытия газового пузыря (рис. 2).9Рис.

2 Безразмерный критерий скорости всплытия газового пузыря, газовая фаза –углекислый газ, 1 – вода, 2 – этанолКритерий демонстрирует квазилинейный характер для воды, уменьшаясь сувеличением размера диаметра зерна засыпки, а в случае этанола наблюдаетсязависимость с экстремальным характером.В третьей главе представлена численная модель движения суспензии в трубах.Данная численная модель была использовала для апробации метода на прикладной задачемоделирования утилизации пищевых отходов с целью уменьшению загрязненияокружающейсреды.Суспензиясферическихнедеформируемыхрассматриваетсячастиц.какОсобенностьюсовокупностьданнойжидкостизадачииявляетсяподвижность твердой фазы.

Выполнено численное моделирование и получены расчётныеданные по скорости движения суспензии в трубе и данные по гидравлическомусопротивлению.В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных и численныхисследований критического истечения парожидкостного потока из трубы с зернистойзасыпкой. Приведены зависимости массового расхода парожидкостной смеси взависимости от перепада давлений в трубе и в свободном пространстве. Предложенамодификация ранее разработанной модели на основе метода сглаженных частиц,учитывающая процессы теплообмена и испарения. Произведено сравнение расчётных иэкспериментальных данных и показана их согласованность.

Математическая модельдвижения пара разработана на основе метода сглаженных частиц.10Расчётная область представляет собой канал, заполненный твёрдой фазойсферической формы (рис. 3).Длина расчётной области составила 250 и 355 мм, авнутренний диаметром 39 мм, с целью воспроизведения геометрии близкой попараметрам к экспериментальной установке. Рассматривался случай течения пара черезканал с препятствиями диаметром 2 и 4 мм.Начальное значение давления варьировалось от 200 до800 кПа,соответствующимдавлениям,используемыхвэкспериментальных исследованиях (рис.