Численное моделирование процессов взаимовлияния волны возмущения в водороде и перегородки в модельном канале
Автор: Серегина М.А., Бабушкина А.В., Модорский В.Я., Черепанов И.Е., Микрюков А.О.
Статья в выпуске: 6, 2023 года.
Бесплатный доступ
Рассматриваются вопросы влияния физико-механических характеристик материала конструкции на распространение акустических волн в газе в модельном канале. Исследование влияния материала конструкции, в частности трубопроводов, на распространение волновых процессов связано с проблемой шума, возникающего при транспортировке природного газа и водородсодержащих смесей. Особенно актуальной является проблема шума с учетом прогнозов по развитию отрасли транспортировки и хранения водородной энергетики. Моделирование акустических процессов зачастую связано с источниками возникновения и распространения в моделируемой среде. При этом не учитываются возможное возникновение резонансных явлений или процессов ослабления акустических волн в динамической системе «газ - конструкция». Краевая задача сформулирована в постановке двунаправленного взаимодействия (2-way Fluid-Structure Interaction, или 2FSI) между деформируемой конструкцией и потоком водорода. Прогнозирование поведения конструкции трубопровода в модельном представлении при воздействиях газа в процессе транспортировки позволит подобрать оптимальный вариант материала для снижения акустического воздействия как внутри канала, так и за его пределами. Исследования, приведенные в данной работе, осуществляются с использованием системы инженерного анализа ANSYS, позволяющей моделировать рассматриваемые процессы в 2FSI-постановке. В работе приводится анализ поведения волны, генерируемой одномодальным источником звука, взаимодействующей с перегородками, защемленными в трубе прямоугольного сечения. Представлены основные результаты исследования в виде зависимостей амплитуды давления от времени в характерных точках; зависимости перемещений от времени модельных перегородок из различных материалов; зависимости изменения давления и перемещения для разных рабочих тел.
Акустика, транспортировка водорода, 2fsi, газоход, распространение волны, численное моделирование, взаимодействие газа с преградой, звукопоглощение, резонанс
Короткий адрес: https://sciup.org/146282815
IDR: 146282815 | DOI: 10.15593/perm.mech/2023.6.07
Список литературы Численное моделирование процессов взаимовлияния волны возмущения в водороде и перегородки в модельном канале
- Якубсон К.И. Перспективы производства и использования водорода как одно из направлений развития низкоуглеродной экономики в Российской Федерации (обзор) // Журнал прикладной химии. - 2020. - Т. 93, № 12. - С. 1675-1695.
- Analysis of technologies for hydrogen consumption, transition and storage at operating thermal power plants / D. Kolbantseva [et al.] // Energies. - 2022. - Vol. 15, no. 10. -3671 р.
- Simulation of the operation of a gas turbine installation of a thermal power plant with a hydrogen fuel production system / G.E. Marin [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. -2023. - Vol. 48, no. 12. - P. 4543-4550.
- Bayramov A.N. Comprehensive assessment of system efficiency and competitiveness of nuclear power plants in combination with hydrogen complex // International Journal of Hydrogen Energy. - 2023. - Vol. 48, iss. 70. - P. 27068-27078.
- Развитие «зеленой» водородной энергетики в европейской части Российской Федерации / Э.Р. Зверева [и др.] // Экономика промышленности / Russian Journal of Industrial Economics. - 2022. - Т. 15, № 2. - С. 167-176.
- Анализ оптимальных способов транспортировки водорода / Е.Э. Иванова [и др.] // Наука и технологии: Перспективы развития и применения. - 2023. - С. 28-45.
- Голуб В.В., Иванов К.В. Экспериментальное исследование диффузионного самовоспламенения водорода в канале // Химическая физика. - 2009. - Т. 28, № 5. - С. 19-26.
- Володин В.В., Голуб В.В., Ельянов А.Е. Влияние акустических колебаний на скорость ячеистого водородно-воз-душного пламени в горизонтальном канале // Письма в ЖТФ. - 2022. - Т. 48, № 9. - С. 41.
- Карасевич В., Валерий Б., Мингалеева Р. Перспективы использования природного газа для производства и экспорта российского водорода // Энергетическая политика. - 2023. - № 6 (184). - С. 90-99.
- Карасевич В.А., Руденко С.Ю., Кортиков А.В. Текущее состояние и потенциал использования природного газа для производства и экспорта водородосодержащей продукции // Вопросы экономики и управления нефтегазовым комплексом. - 2022. - С. 160-165.
- Исмагилова В.С., Чекушина Т.В. Транспортировка трубопроводного и сжиженного природного газа: сравнительный анализ достоинств и недостатков // Науки о Земле и недропользование. - 2023. - Т. 46, № 1 (82). - С. 61-71.
- Darsaliya N.M., Farukhshina R.R., Saddik Z.E. Transportation of hydrogen by main gas pipelines as a methane-hydrogen mixture // Liquid and Gaseous Energy Resources. - 2023. - Vol. 3, iss. 1. - 6 p.
- Расчетно-экспериментальные исследования резонансных многослойных звукопоглощающих конструкций / A.Н. Аношкин [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2015. - № 1. - С. 5-20.
- Bielak G.W., Premo J.W., Hersh A.S. Advanced turbofan duct liner concepts. - 1999. - № NASA/CR-1999-209002.
- Акустические резонансные характеристики двух и трехслойных сотовых звукопоглощающих панелей / А.Г. Захаров [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. - 2016. - № 3 (46). - С. 144-159.
- Khaletskiy Y., Pochkin Y., Igolkin A. Acoustic response of a fan duct liner including porous material // 20th International Congress on Sound and Vibration 2013, ICSV 2013. - 2013. -Р. 341-348.
- Karstadt S., Matyschok B., Pelz P.F. Sound deadening on fans // Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air. - 2011. -Vol. 54679. - P. 961-971.
- Peng F. Sound absorption of a porous material with a perforated facing at high sound pressure levels // Journal of Sound and Vibration. - 2018. - Vol. 425. - P. 1-20.
- Jones M., Watson W., Parrott T. Benchmark data for evaluation of aeroacoustic propagation codes with grazing flow // 11th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. - 2005. - P. 2853.
- Ch. V., Surya Narayana Reddi, Chandramouli Pad-manabhan. Simplified impedance models for Helmholtz resonator with intrusions // ICSV20. - Bangkok, Thailand, July 2013. -P. 158-161.
- Farshidianfar M.H., Farshidianfar A. Mode count and modaldensity of acoustical cavities: bars, plates and cylindrical shells // ICSV20. - 2013. - P. 172-175.
- Hynninen A., Abom M. Determination of in-duct sound power beyond the plane wave range using wall-mounted microphones // Applied Acoustics. - 2015. - Vol. 99. - P. 24-30.
- Localization of broadband acoustical sources in the cylindrical duct via measurements outside the duct end / K. Gao [et al.] // Journal of Sound and Vibration. - 2023. - P. 117749.
- Modal deconvolution of baffled duct internal acoustics from external measurements and experimental evaluation / B. Etchebarne [et al.] // ICSV29-29th International Congress on Sound and Vibration. - 2023.
- Laly Z., Feng X., Atalla N. An experimental transfer matrix method to characterize acoustic materials at high sound pressure levels in airflow environment // Applied Acoustics. - 2023. -Vol. 206. - P. 109311.
- Шульдешов Е.М., Краев И.Д., Образцова Е.П. Материалы для звукопоглощающих конструкций авиационных двигателей (обзор) // Труды ВИАМ. - 2021. - № 7 (101). - С. 59-72.
- Численное моделирование задачи устойчивости перфорированных оболочек / А.А. Антипов [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2015. - № 1. - С. 21-30.
- Филиппенко Г.В., Зиновьева Т.В. Модальный анализ трубы, поврежденной водородом, как неоднородной по толщине оболочки // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2022. - № 3. - С. 170-182.
- Численное моделирование ступени центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата в 2ЕБ1-постановке / В.Я. Модорский, И.Е. Черепанов, С.Л. Калюлин, А.О. Микрюков, А.В. Бабушкина, Д.С. Максимов, Д.Н. Хроликова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, 2019. -№ 56. - С. 83-91.
- Численное моделирование газодинамических и прочностных характеристик вентилятора для экспериментальной установки по исследованию разрушения льда на вращающихся рабочих лопатках / С. Л. Калюлин [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2023. - № 1. - С. 134-141.
- Мормуль Р.В., Голдобин А.С., Павлов Д.А. Концепция применения композиционных материалов для оптимального проектирования осевого вентилятора системы охлаждения газотурбинной установки в составе газоперекачивающего агрегата «Урал» // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. - 2020. - № 60. - С. 15-25.
- Микрюков А.О., Модорский В.Я., Черепанов И.Е. Разработка математической модели для исследования динамических процессов в лабиринтном уплотнении ступени центробежного компрессора // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. - 2021. - № 66. - С. 115-124.
- Кирюшкин А.Е., Миньков Л.Л. Параллельная реализация решения сопряженной задачи определения внутрибалли-стических характеристик двигателей на твердом топливе // Компьютерные исследования и моделирование. - 2021. - Т. 13, № 1. - С. 47-65.
- Кулешов Ф.С., Головастов С.В., Бивол Г.Ю. Влияние пористой полиуретановой перегородки на гидравлические характеристики потока и на распространение фронта пламени в открытом канале // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия «Естественные науки». - 2022. - № 3 (102). - С. 110-123.
- Лукин В.В., Марчевский И.К. Учебно-экспериментальный вычислительный кластер. Ч. 1. Инструментарий и возможности // Вестник Московского государственного технического университета им. НЭ Баумана. Серия «Естественные науки». - 2011. - № 4. - С. 28-43.
- Численное моделирование процессов взаимовлияния волны газа и деформированной преграды в модельном канале авиационного двигателя / М.А. Серегина [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. - 2022. -№ 69. - С. 92-99.
