Диссертация (1144032)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования «Московский политехнический университет»На правах рукописиХрамцов Дмитрий ПетровичМОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСАПРИ ТЕЧЕНИИ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ В ЗЕРНИСТЫХ СРЕДАХСпециальность 01.04.14 – Теплофизика и теоретическая теплотехникаДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наукчл.-корр. РАН Покусаев Б.Г.Москва – 2019 г.2СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ .........................................................................................................................................
3ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ КРИТИЧЕСКОГО ИСТЕЧЕНИЯ .................. 111.1 Задача критического истечения ............................................................................................................................... 111.2 Методы численного решения задачи....................................................................................................................... 221.3 Обеспечение параллельных вычислений ................................................................................................................ 281.4 Выводы .......................................................................................................................................................................
30ГЛАВА 2. ЧИСЛЕННОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕГИДРОДИНАМИКИ ГАЗОВОГО ПУЗЫРЯ ................................................................................ 322.1 Экспериментальное исследование ........................................................................................................................... 322.2 Математическое моделирование.............................................................................................................................. 402.3 Экспериментальное исследование процесса массообмена в трубе ...................................................................... 512.4 Математическое моделирование процесса массообмена ......................................................................................
512.5. Выводы ...................................................................................................................................................................... 60ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОТОКА СУСПЕНЗИИ В ТРУБЕ ............................................. 653.1 Введение ..................................................................................................................................................................... 653.2 Математическое моделирование..............................................................................................................................
663.3 Экспериментальная часть ......................................................................................................................................... 703.4 Анализ результатов ................................................................................................................................................... 713.5 Исследование процесса формирования и старения геля .......................................................................................
753.6 Выводы ....................................................................................................................................................................... 79ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ КРИТИЧЕСКОГО ИСТЕЧЕНИЯ ПАРОЖИДКОСТНОГОПОТОКА ...........................................................................................................................................
804.1 Введение ..................................................................................................................................................................... 804.2 Экспериментальная установка ................................................................................................................................. 804.3 Расчётная модель критического истечения ............................................................................................................ 824.4 Выводы .......................................................................................................................................................................
97ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................................................ 99СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ........................................................................................................... 100СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..............................................................................................................
102ПРИЛОЖЕНИЕ .............................................................................................................................. 1113ВВЕДЕНИЕАктуальность и степень разработанности темы исследованияИсследование процессов тепло- и массопереноса имеет важноезначениедляразработкииобеспечениябезопаснойэксплуатацииэнергетического оборудования, таких как атомные и каталитическиереакторы. Особенно важно понимание подобных процессов в условияхаварийныхситуацийприпотенциальномнарушениигерметичностиреакторов и теплообменных аппаратов.
В случае аварийной разгерметизацииемкости, содержащей жидкость под высоким давлением, возникает явлениекритического истечения парожидкостной смеси с возможным достижениемрежима газодинамического запирания.В настоящее время возрастает интерес к малой распределеннойядерной энергетике.
В качестве проекта рассматривается, например, ядернаяустановка с реактором КЛТ–40С – модернизированный вариант установкиатомных ледоколов на основе микротвэлов. Широкое применение зернистыйслой находит и в химических реакторах для обеспечения каталитическихреакций.Процесс разгерметизации приводит к возникновению многофазноготечения при скоростях, близких к скорости звука, что приводит кпроявлению эффекта газодинамического запирания, при котором дальнейшееувеличение массового расхода смеси невозможно.
Для оценки последствийаварийиразработкисистемзащитынеобходимопроведениеэкспериментального и численного моделирования критического истечениямногофазного потока в присутствии зернистого слоя. Первые экспериментыпо критическому истечению парожидкостного потока из трубы с зернистойзасыпкойрассматривалисьсточкизренияизученияаварийнойразгерметизации рабочего участка энергетической установки. В результатеисследованийбылиполученыданныепокритическомуистечениюпароводяной смеси при массовых паросодержаниях от 0 до 0.2 и перепадамидавлений от 200 до 800 кПа при течении через зернистую засыпку сдиаметром зерна 2 и 4 мм на рабочих участках длиной 250 и 355 мм.
Для4создания более совершенных методик предотвращения аварий необходимаразработка новых численных моделей, учитывающих факторы конструкции,таких, как наличие зернистого слоя в трубе и структуры потока. Учитываясложность объекта исследования, предварительно необходимо рассмотретьзадачи гидродинамики двухфазной (газ-жидкость) среды и межфазногомассообмена в трубах с зернистой средой при свободном всплытии газовыхпузырей в трубах с зернистой засыпкой. Ранее подобные задачи вэкспериментальных исследованиях не рассматривались.Цели работыРазработать расчётную модель и программное обеспечение длямоделированияпроцессааварийнойразгерметизацииэнергетическихаппаратов с зернистыми средами.Для достижения целей в рамках работы решаются следующие задачи:1.Разработать модель гидродинамики газожидкостного потока в трубепри наличии зернистой засыпки.2.Выполнитьэкспериментальныеисследованияпоопределениюскорости всплытия газовых пузырей в трубе диаметрами 10 и 20 мм приразличных углах наклона с зернистой засыпкой диаметрами от 3 до 20 мм, атакже интенсивности межфазной массоотдачи.3.Выполнить верификацию разработанной численной модели на основепроведенных экспериментальных исследований.4.На основе модели гидродинамики двухфазного потока в труберазработать численную модель истечения критического потока из канала сзернистойзасыпкойсучётомпроцессовтеплообменаифазовыхпревращений с размерами частиц 2 и 4 мм, длиной рабочего участка 250 мм и355 мм и массовыми паросодержаниями от 0 до 0.2.5.Выполнитьверификациюмоделинаосновецеленаправленныхэкспериментальных исследований в диапазоне перепада давлений от 200до 800 кПа.5Научная новизна работы- Впервые исследовано поведение газовых пузырей углекислого газапри их всплытии в трубах с зернистой засыпкой при различных углахнаклона и выявлена особенность зависимости интенсивности межфазноймассоотдачи от угла наклона трубы.
Выявлен экстремальный характерзависимостей максимумов скоростей всплытия и интенсивности массоотдачиот диаметра зерна засыпки и угла наклона трубы. Показан экстремальныйхарактер зависимостей скорости всплытия и интенсивности массоотдачи.- Разработана численная модель процесса движения газового пузыря иего межфазного массообмена в трубе при её наклоне и наличии сферическойзасыпки, позволяющая производить трёхмерный численный расчёт приварьировании линейных размеров трубы и зернистой засыпки.- Разработана численная модель процесса критического истеченияпарожидкостной смеси из трубы с зернистой насадкой, позволяющаяпроводитьрасчетмассовогорасходапарожидкостнойсредыприварьировании параметров, таких как диаметр зерна, давление и линейныеразмеры трубы.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
