Численное моделирование трехмерных нестационарных течений газа через пористые объекты с источниками энерговыделения
Автор: Луценко Николай Анатольевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 3 т.9, 2016 года.
Бесплатный доступ
Исследуются течения газа в поле силы тяжести через пористые объекты с источниками энерговыделения при саморегуляции расхода проходящего через объект газа, то есть когда задано давление на границах пористого объекта, а расход проходящего через него газа заранее неизвестен и должен находиться в результате решения задачи. Такие процессы в пористых средах характерны для очагов тепловыделения, возникающих в результате природных или техногенных катастроф (подобно аварийному энергоблоку Чернобыльской АЭС). В настоящей работе для описания нестационарных процессов в пористых саморазогревающихся трехмерных объектах предложена математическая модель и разработан оригинальный численный метод, основанный на комбинации явных и неявных конечно-разностных схем. Достоинством численной модели является её возможность рассчитывать нестационарные процессы в условиях как принудительной фильтрации, так и естественной конвекции. Посредством вычислительного эксперимента проведено изучение воздушного охлаждения пористых трехмерных объектов с различным распределением очагов тепловыделения при постоянном суммарном выделении энергии и показано, что в числе других факторов на общий разогрев объекта влияет также распределение в его горизонтальном сечении источников энерговыделения заданной интенсивности.
Пористые среды, энерговыделение, газовое охлаждение, численное моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/14320814
IDR: 14320814 | УДК: 532.546 | DOI: 10.7242/1999-6691/2016.9.3.27
Numerical modeling of three dimensional time-dependent gas flow through porous objects with energy-releasing sources
The gas flow in the gravity field through porous objects with energy sources is investigated when the self-regulation of flow rate of the gas passing through the porous object takes place. In other words, in the investigated porous objects the gas pressure on the object borders is known, but the flow rate of the gas passing through the object is unknown a priori and has to be found from the solution of the problem. Such processes are typical for the heat sources in porous media, which result from natural or man-made disasters (like the exploded unit of the Chernobyl NPP). In the present work the mathematical model and the original numerical method, based on a combination of explicit and implicit finite difference schemes, have been developed for studying the time-dependent processes in the three-dimensional porous self-heating objects. The advantage of the numerical model is its ability to describe unsteady processes under both natural convection and forced filtration. Using computational experiment, the air cooling of porous three-dimensional objects with different heat distribution at a constant total energy release is studied. It is shown that among other factors the distribution of energy-releasing sources with fixed intensity in horizontal sections has an influence on the total heating of the object.
Список литературы Численное моделирование трехмерных нестационарных течений газа через пористые объекты с источниками энерговыделения
- Маслов В.П., Мясников В.П., Данилов В.Г. Математическое моделирование аварийного блока Чернобыльской АЭС. -М.: Наука, 1987. -144 с.
- Алдушин А.П., Мержанов А.Г. Теория фильтрационного горения: общие представления и состояние исследований//Распространение тепловых волн в гетерогенных средах/Под. ред. Ю.Ш. Матроса. -Новосибирск: Наука, 1988. -С. 9-52.
- Маслов В.П., Молотков И.А. Условие отсутствия перегрева в реакторе, оценка критической константы//ДАН. -2007. -Т. 415, № 4. -С. 475-477.
- Маслов В.П., Молотков И.А. Переход от стационарного охлаждения к перегреву в аварийном реакторе//ДАН. -2008. -T. 418, № 4. -С. 482-485.
- Маслов В.П., Молотков И.А. Аварийный реактор в режиме перегрева//ДАН. -2008. -Т. 421, № 4. -С. 482-485.
- Молотков И.А. Локализация тепловой энергии в аварийном реакторе в процессе его перегрева//ДАН. -2008. -Т. 422, № 5. -С. 608-611.
- Маслов В.П., Молотков И.А. Высокотемпературные процессы в пористой среде//Теплофизика высоких температур. -2009. -Т. 47, № 2. -С. 242-246.
- Луценко Н.А. Одномерный стационарный режим фильтрации газа через слой неподвижного тепловыделяющего конденсированного материала//Дальневосточный математический журнал. -2002. -Т. 3, № 1. -С. 123-130.
- Луценко Н.А. Нестационарные режимы охлаждения пористого тепловыделяющего элемента//Матем. моделирование. -2005. -Т. 17, № 3. -С. 120-128.
- Левин В.А., Луценко Н.А. Возникновение неустойчивых режимов охлаждения пористого тепловыделяющего элемента при докритических краевых условиях//Горение и плазмохимия. -2005. -Т. 3, № 2. -С. 81-92.
- Левин В.А., Луценко Н.А. Течение газа через пористую тепловыделяющую среду при учете температурной зависимости вязкости газа//Инженерно-физический журнал. -2006. -Т. 79, № 1. -С. 35-40.
- Левин В.А., Луценко Н.А. Неоднозначное влияние теплопроводности при движении газа через пористые среды с очагами энерговыделения//ДАН. -2015. -Т. 462, № 4. -C. 418-421.
- Теплицкий Ю.С., Ковенский В.И. Термомеханика тепловыделяющего зернистого слоя//Инженерно-физический журнал. -2008. -Т. 81, № 4. -С. 637-645.
- Ковенский Г.И., Теплицкий Ю.С., Ковенский В.И. О свободной конвекции в тепловыделяющем зернистом слое//Инженерно-физический журнал. -2010. -Т. 83, № 2. -С. 229-234.
- Теплицкий Ю.С., Ковенский В.И. О термомеханике тепловыделяющего слоя при переменном размере частиц//Инженерно-физический журнал. -2011. -Т. 84, № 5. -С. 933-937.
- Левин В.А., Луценко Н.А. Численное моделирование двумерных нестационарных течений газа через пористые тепловыделяющие элементы//Вычислительные технологии. -2006. -Т. 11, № 6. -С. 44-58.
- Левин В.А., Луценко Н.А. Нестационарные течения газа через осесимметричные пористые тепловыделяющие объекты//Матем. моделирование. -2010. -Т. 22, № 3. -С. 26-44.
- Левин В.А., Луценко Н.А. Движение газа через пористые объекты с неравномерным локальным распределением источников тепловыделения//Теплофизика и аэромеханика. -2008. -Т. 15, № 3. -С. 407-417.
- Левин В.А., Луценко Н.А. Моделирование двумерных нестационарных течений газа в саморазогревающихся полигонах твердых бытовых отходов//Вычисл. мех. сплош. сред. -2011. -Т. 4, № 1. -С. 55-64.
- Lutsenko N.A. Numerical modeling of unsteady gas flow through porous heat-evolutional objects with partial closure of the object's outlet//Int. J. Heat Mass Tran. -2014. -Vol. 72. -pp. 602-608.
- Луценко Н.А., Мирошниченко Т.П., Одякова Д.С., Харитонов Д.И. Параллельная реализация алгоритма для расчета двумерных нестационарных течений газа через пористые объекты с источниками тепловыделения//Вычислительные технологии. -2011. -Т. 16, № 2. -С. 98-110.
- Луценко Н.А., Тарасов Г.В., Гырник К.А. OpenMP-версия параллельного алгоритма расчета нестационарных течений газа через пористые объекты с источниками энерговыделения: анализ и применение//СибЖВМ. -2014. -Т. 17, № 3. -С. 229-244.
- Lutsenko N.A., Levin V.A. Effect of gravity field and pressure difference on heterogeneous combustion in porous media//Combust. Sci. Technol. -2014. -Vol. 186, no. 10-11. -P. 1410-1421.
- Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. -М.: Наука, 1978. -336 с.
- Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: в 2-х т. -М.: Мир, 1990. -Т. 1. -384 с.
