Математическое и численное моделирование нестационарных течений с фазовыми переходами в противоточных теплообменных аппаратах
Автор: Толстых В.К., Пшеничный К.А.
Рубрика: Математическое моделирование
Статья в выпуске: 2 т.16, 2023 года.
Бесплатный доступ
Обсуждаются проблемы математического и численного моделирования нестационарных процессов тепло- и массопереноса в противоточных теплообменных аппаратах с фазовыми переходами в теплоносителях. Рассматривается одномерная постановка задачи с пространственно-распределёнными параметрами потоков (температура, плотность, скорость, коэффициент теплопередачи). Предложен метод выделения двухфазной зоны парожидкостного состояния и метод расчёта ее параметров. Приводятся примеры численного моделирования для конкретного теплообменного аппарата с теплоносителями в виде воздуха и жидкого кислорода, который в процессе течения закипает. Показано влияние коэффициента теплопередачи на протяженность зоны кипения, что в свою очередь оказывает существенное влияние на процесс теплопереноса и, соответственно, на распределение температур в потоках теплоносителей. В конечном итоге это существенно отражается на работе теплообменного аппарата.
Математическое моделирование, численное моделирование, фазовый переход, коэффициент теплопередачи
Короткий адрес: https://sciup.org/147241738
IDR: 147241738 | УДК: 519.63+621.1.016.4 | DOI: 10.14529/mmp230206
Computer modelling of non-stationary flows with phase transitions in countercurrent heat exchangers
The problems of mathematical and numerical modeling of non-stationary processes of heat and mass transfer in countercurrent heat exchangers with phase transitions in heat carriers are discussed. A one-dimensional problem statement with spatially distributed flow parameters (temperature, density, velocity, heat transfer coefficient) is considered. A method for determining the two-phase zone of the vapor-liquid state and a method for calculating its parameters is proposed. Examples of numerical simulation for a specific heat exchanger with heat carriers in the form of air and liquid oxygen, which boils during the flow are given. The influence of the heat transfer coefficient on the length of the boiling zone is shown, which in turn has a significant effect on the heat transfer process and, accordingly, on the temperature distribution in the coolant flows. In the end, this significantly affects the operation of the heat exchanger.
Список литературы Математическое и численное моделирование нестационарных течений с фазовыми переходами в противоточных теплообменных аппаратах
- Миненко, А.С. Приближенный анализ конвективной задачи Стефана / А.С. Миненко, Е.В. Радевич // Информатика и кибернетика. - 2017. - № 3(9). - С. 100-105.
- Кот, В.А. Новый подход в приближенном решении задачи Стефана с конвективным граничным условием / В.А. Кот // Доклады Национальной академии наук Беларуси. -2020. - T. 4, № 4. - C. 495-505.
- Толстых, В.К. Математическое моделирование нестационарных тепловых процессов в противоточных теплообменных аппаратах / В.К. Толстых, К.А. Пшеничный // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. - 2020. - № 51. - C. 55-62.
- Батерворс, Д. Теплопередача в двухфазном потоке / Д. Батерворс, Г. Хьюитт. -М.: Энергия, 1980.
- Кутателадзе, С.С. Теплопередача при конденсации и кипении / С.С. Кутателадзе. -М.: Мешгиз, 1952.
- Григорьев, В.А. Тепло- и массообменные аппараты криогенной техники / В.А. Григорьев, Ю.И. Крохин. - М.: Энергоиздат, 1982.
- Алексеев, В.П. Расчет и моделирование аппаратов криогенных установок / В.П. Алексеев, Г.Е. Вайнштейн, П.В. Герасимов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1987.
- Крейт, Ф. Основы теплопередачи / Ф. Крейт, У. Блек. - М.: Мир, 1983.
- Баскаков, А.П. Теплотехника / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт. - М.: Энергоатом-издат, 1991.
- Волков, М.Г. Методика расчета течения нефтеводогазовых смесей в стволе вертикальной скважины / М.Г. Волков // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2017. - № 3. - С. 9-42.
- Ивашнев, О.Е. Об особенностях моделирования течений кипящей жидкости / О.Е. Ивашнев // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. - 2008. - № 3. - С. 64-76.
- Самарский, А.А. Теория разностных схем / А.А. Самарский. - М.: Наука, 1977.
- Бахвалов, Н.С. Численные методы / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков. -М.: Физматлит: Лаборатория базовых знаний, 2002.
- Сычев, В.В. Термодинамические свойства кислорода / В.В. Сычев, А.А. Вассерман, А.Д. Козлов, Г.А. Спиридонов, В.А. Цымарный. - М.: Издательство стандартов, 1981.
- Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н.Б. Варгафтик. - М.: Наука, 1972.
