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

Выполнена верификация численной модели на основеэкспериментальных данных. Показана согласованность расчетных данных сэкспериментом в диапазоне перепадов давления от 200 до 800 кПа.- На основе численной модели реализовано программное обеспечение,позволяющее производить оценку критического массового расхода взависимости от массовой доли пара, линейных размеров трубы и диаметразерна засыпкиМетоды исследованияВ качестве метода исследования применялся численный эксперимент.Для построения расчетных моделей применялось аппаратное обеспечение наоснове графического процессора nVidia Tesla C2075, для программнойреализации численных моделей использовались языки программированияCUDA C и Python.6Личный вклад автораЛичный вклад автора состоит в получении экспериментальных данныхпо скоростям всплытия газовых пузырей в трубах с чистой жидкостью и приналичиизернистойзасыпки.Авторомбылиполученыданныепоинтенсивности межфазной массоотдачи при всплытии газовых пузырей взависимости от угла наклона трубы и диаметра зернистой засыпки.Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для трёхмерногомоделирования движения газовых пузырей в трубах, в том числе приналичии зернистой засыпки, моделирования движения суспензии в трубах ирасчёта гидравлического сопротивления, а также для моделированиякритического истечения парожидкостного потока с учётом теплообмена ифазовых переходов.Основные положения диссертации, выносимые на защиту- Экспериментальные данные по скорости всплытия газовых пузырей внаклонных трубах с учетом процесса массоотдачи и при наличии зернистойзасыпки;- Разработанная численная модель движения суспензии в трубахразличной геометрии;-Разработаннаякритическогочисленнаяпарожидкостногомодельпотокадляиегорасчетахарактеристикструктурыввидереализованного программного обеспечения;- Результаты численного исследования характеристик критическогопарожидкостного потока и его структуры;Практическая значимость работы- Создан программный комплекс для моделирования истечениякритического потока из трубы с зернистой засыпкой, позволяющиймоделировать критический поток и эффект газодинамического запирания приразличных параметрах среды.

Программный комплекс был применён длярасчёта массового расхода парожидкостной смеси при критическомистечении из трубы с зернистым слоем в рамках выполнения научно-7исследовательскогопроектаРоссийскогофондафундаментальныхисследований (проект №17-08-00709).- Результаты экспериментальных исследований по определениюинтенсивности массоотдачи газового пузыря при движении в трубе приразличныхуглахнаклонаисследовательскихисследованийиспользованыпроектов(проектприРоссийского№14-08-00626),выполнениифондаанаучно-фундаментальныхрезультатычисленногомоделирование газожидкостного потока в канале между слоями геля в грантеРоссийского научного фонда (проект №15-19-00177).- Модель была модифицирована с целью решения задачи огидравлическом сопротивлении пульпы на выходе пищевого диспоузера.Модель была использована в ГБУ «Промотходы» с целью определенияоптимальных режимов работы пищевого диспоузера с целью улучшенияэкологической ситуации в г.

Москве. По факту внедрения модели полученсоответствующий акт о внедрении.Достоверность полученных результатовОбеспечиваласьприменениемметодовоценкиустойчивостиалгоритмов, проведением тестирования моделей на тестовых задачах исравнением с аналитическими решениями. Путем проведения целевыхэкспериментов была выполнена верификация моделей. Надежность опытныхданных подтверждается воспроизводимостью результатов и постановкамиспециальных тестовых экспериментов.Апробация работыРабота выполнена на кафедре «Термодинамика и неравновесныепроцессы переноса» Московского политехнического университета.

Основныерезультаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 11-ойМеждународнойконференции«Актуальныевопросытеплофизикиифизической гидрогазодинамики» (Алушта, 22-27 сентября 2013г.); 3-ейМеждународной конференции с элементами научной школы для молодежи«Инновационныеразработкивобластитехникиифизикинизкихтемператур» (МГМУ «МАМИ», Москва, 14-16 декабря 2013г.); 27-ой8Международной научной конференции «Математические методы в технике итехнологиях» (Тамбов, 3-5 июня 2014г.); 15-ой Международной конференциипо теплообмену (10-15 августа 2014г.

Киото, Япония); 6-ой Российскойнациональной конференции по теплообмену (МЭИ, Москва, 27-31 октября2014г.); 28-ой Международной научной конференции «Математическиеметоды в технике и технологиях» (Саратов, 22–24 апреля 2015г.); XX Школесеминаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАНА.И.Леонтьева«Проблемыгазодинамикиитепломассообменавэнергетических установках» (Звенигород, 24-29 мая 2015 г.); ЧетвертойВсероссийскойстуденческой«Интенсификациябезопасностьнаучно-техническойтепло-массообменныхиэкология»(Казань,конференциипроцессов,16-18промышленнаядекабря2015г.);29-ойМеждународной научной конференции «Математические методы в технике итехнологиях» (Санкт-Петербург, 31 мая - 3 июня 2016г.); XV Минскоммеждународном форуме по тепломассообмену (Минск, Беларусь, 23-26 мая2016г.); 30-ой Международной научной конференции «Математическиеметоды в технике и технологиях» (Санкт-Петербург, 30 мая – 2 июня 2017г.); 12-ой международной конференции International Conference «Two-PhaseSystems for Space and Ground Applications» (г.

Новосибирск, 11-15 сентября2017 г.); Сибирском теплофизическом семинаре (Новосибирск, 27 – 30августа,2018г.);31-ойМеждународнойнаучнойконференции«Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 20 - 21сентября 2018 г.); 7-ой Российской Национальной Конференции поТеплообмену(МЭИ,Москва,22-26октября2018года2018г.);XV Всероссийской школе-конференции молодых ученых с международнымучастием«Актуальныевопросытеплофизикиифизическойгидрогазодинамики» (Новосибирск, 20-23 ноября 2018 г.).ПубликацииПо материалам диссертации опубликована 23 работы, из них 5 врецензируемых журналах из списка ВАК, включая 4 индексируемые Scopus иWeb of Science, а также 18 в других научно-технических журналах,9сборниках трудов и тезисах международных и российских конференций, втом числе на 15-ой Международной конференции по теплообмену в Киото(Япония).

Также получено свидетельство о регистрации программы для ЭВМи опубликована монография по теме диссертационного исследования.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и спискацитируемой литературы. Работа изложена на 116 страницах машинописноготекста, содержит 60 иллюстраций и 2 таблицы.

Список литературы состоитиз 107 библиографических ссылок.В первой главе приводится обзор проблемы критического истеченияпарожидкостной смеси, актуальность задачи при построении современныхатомныхреакторовмалоймощности,приведеносостояниеэкспериментальных и численных исследований данной задачи.Во второй главе описаны эксперименты и численное исследование поопределению скорости всплытия и интенсивности массоотдачи газовогопузыря при движении в трубе при различных углах наклона, в чистойжидкости и при наличии зернистой засыпки различных диаметров.Представлена математическая модель, предназначенная для трёхмерногочисленного моделирования процесса массообмена в трубах. Выполненосравнениечисленныхиэкспериментальныхданных,показанаихсогласованность и обобщены выводы по зависимостям интенсивностимассообмена от угла наклона трубы и диаметра зерна засыпки.В третьей главе представлена численная модель движения суспензии втрубах.Суспензиясферическихрассматриваетсянедеформируемыхкакчастиц.совокупностьжидкостиВыполненоичисленноемоделирование и получены расчётные данные по скорости движениясуспензиивтрубеиданныепогидравлическомусопротивлению.Произведено сравнение с экспериментальными данными, а также сравнениегидравлических сопротивлений со справочными данными.В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных ичисленных исследований критического истечения парожидкостного потока10из трубы с зернистой засыпкой.

Приведены зависимости массового расходапарожидкостной смеси в зависимости от перепада давлений в трубе и всвободном пространстве. Предложена модификация ранее разработанноймодели на основе метода сглаженных частиц, учитывающая процессытеплообменаииспарения.Произведеносравнениерасчётныхиэкспериментальных данных и показана их согласованность.Взаключениидиссертационнойработыизложеныполученныерасчётные и экспериментальные результаты и представлены основныевыводы работы.11ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ КРИТИЧЕСКОГОИСТЕЧЕНИЯ1.1 Задача критического истеченияВвиду широкого распространения в промышленности критическойинфраструктуры, работающей при высоких давлениях при наличии эффектовтепломассопереноса и фазовых переходов, задача моделирования подобныхпроцессов является актуальной.