Моделирование массообмена в задачах численного исследования нагрева криогенных продуктов в горизонтальном сосуде

Моделирование массообмена в задачах численного исследования нагрева криогенных продуктов в горизонтальном сосуде

Автор: Солдатов Е.С., Богомолов А.В.

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математическое моделирование и программирование @vestnik-susu-mmp

Рубрика: Математическое моделирование

Статья в выпуске: 4 т.16, 2023 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрены проблемные вопросы моделирования испарения-конденсации при численном исследовании нестационарного тепломассообмена в криогенных процессах. Приведена постановка задачи расчета параметров многофазного турбулентного течения в замкнутой области при аппроксимации свободной поверхности методом объема жидкости, использование которого позволяет отслеживать вертикальное перемещение границы раздела фаз в процессе изменения параметров криопродукта с течением времени. Приведено описание моделей испарения-конденсации, пригодных для использования в нестационарных расчетах течений в замкнутой области совместно с методом объема жидкости. Продемонстрирована возможность использования модели испарения-конденсации Ли и модели, основанной на законе диффузии частиц, применительно к расчетам на несложных расчетных сетках. Представлены результаты расчетов изменения давления криогенного продукта в процессе бездренажного хранения при использовании различных моделей кипения-конденсации. Полученные результаты моделирования использованы при накоплении базы данных параметров хранения в системе дистанционного мониторинга состояния криогенного оборудования. Данные представляют собой расчетные значения времени хранения для различных исходных значений давления и уровня жидкости в сосуде, причем каждому значению внешнего теплового потока будет соответствовать конкретное расчетное время бездренажного хранения.

Еще

Тепломассообмен, бездренажное хранение, вычислительная гидродинамика, модель испарения-конденсации, танк-контейнер

Короткий адрес: https://sciup.org/147242587

IDR: 147242587   |   DOI: 10.14529/mmp230402

Список литературы Моделирование массообмена в задачах численного исследования нагрева криогенных продуктов в горизонтальном сосуде

  • Ustolina, F. Cryogenic Hydrogen Storage Tanks Exposed to Fires: a CFD Study / F. Ustolina, G. Scarponib, T. Iannacconeb, V. Cozzanib, N. Paltrinieri // Chemical Engineering Transactions. – 2022. – V. 90. – P. 535–540.
  • Архаров, И.А. О необходимости возрождения криогенного машиностроения в России / И.А. Архаров // Вестник Международной академии холода. – 2023. – № 1. – С. 6–9.
  • Lee, Du-Yong. Fatigue Analysis of a 40 ft LNG ISO Tank Container / Du-Yong Lee, Jae- Sang Jo, A. Nyongesa, Won-Ju Lee // Materials. – 2023. – V. 16. – P. 428.
  • Kang, Minsuk. Experimental Investigation of Thermal Stratification in Cryogenic Tanks / Minsuk Kang, Juwon Kim, Hwalong You, Daejun Chang // Experimental Thermal and Fluid Science. – 2017. – V. 96. – P.371–382.
  • Домашенко, А.М. Тепломассообмен при неравновесном процессе нагрева термодинамически подобных криопродуктов до закритического состояния / А.М. Домашенко // Научно-технический сборник ¾Вести газовой науки¿. – 2020. – Т. 1, №42. – С. 110–123.
  • Soldatov, E. Issues of Energy-Efficient Storage of Fuel in Multimodal Transport Units / E. Soldatov, A. Bogomolov // Smart Innovation, Systems and Technologies. – 2022. – V. 232. – P. 393–402.
  • Ряжских, В.И. Численное моделирование термоконцентрационной конвекции в криогенных резервуарах / В.И. Ряжских, В.А. Сумин, А.А. Хвостов, А.А. Журавлев, О.А. Семенихин // Математические методы в технике и технологиях. – 2020. – Т. 5. – С. 17–20.
  • Huerta, F. CFD Modelling of the Isobaric Evaporation of Cryogenic Liquids in Storage Tanks / F. Huerta, V. Vesovic // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2021. – V. 176. – Article ID: 121419.
  • Navasardyan, E.S. Transient Processes in Air Separation Plants / E.S. Navasardyan, I.A. Arkharov, K.V. Mokhov // Chemical and Petroleum Engineering. – 2019. – V. 54, № 11. – P. 821–826.
  • Soldatov, E.S. Monitoring the State of Vehicles with Dangerous Goods in Cyber-Physical Systems / E.S. Soldatov, A.S. Soldatov // Studies in Systems, Decision and Control. – 2023. – V. 477. – P. 277–285.
  • Chen, L. Simulation of Self-Pressurization in Cryogenic Propellant Tank / L. Chen, B. Ai, S. Chen, G. Liang // 12th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics. – Costa del Sol, 2016. – P. 1068–1073.
  • Kartuzova, O.V. CFD Modeling of Phase Change and Pressure Drop during Violent Sloshing of Cryogenic Fluid in a Small-Scale Tank / O.V. Kartuzova, M. Kassemi, Y. Umemura, K. Kinefuchi, T. Himeno // AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum. – Reston, 2020. – 20 p.
  • Ряжских, А.В. Температурное поле однородной квадратной области с движущимися без ускорения смежными сторонами при граничных условиях первого рода / А.В. Ряжских, А.А. Хвостов, Е.А. Соболева, В.И. Ряжских // Вестник ЮУрГУ. Серия: Математика. Механика. Физика. – 2023. – Т. 15, № 1. – С. 55–62.
  • Bo, Wang. Characterization and Monitoring of Vacuum Pressure of Tank Containers with Multilayer Insulation for Cryogenic Clean Fuels Storage and Transportation / Wang Bo, Luo Ruoyin, Chen Hong // Applied Thermal Engineering. – 2021. – V. 187. – Article ID: 116569.
  • Liang, Z. Molecular simulation of steady-state evaporation and condensation: Validity of the Schrage relationships / Z. Liang, T. Biben, P. Keblinski // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2017. – V. 114. –P. 105–114.
  • Kassemi, M. Effect of Interfacial Turbulence and Accommodation Coefficient on CFD Predictions of Pressurization and Pressure Control in Cryogenic Storage Tank / M. Kassemi, O. Kartuzova // Cryogenics. – 2016. – V. 74. – P. 138–153.
  • Kharangate, C. Review of Computational Studies on Boiling and Condensation / C. Kharangate, I. Mudawar // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2017. – V. 108. – P. 1164–1196.
  • Min, Wandong Investigation of the Condensation Mass Transfer Time Relaxation Parameter for Numerical Simulation of the Thermosiphon / Wandong Min, Wei Zhong, Yuting Zhang, Xiaoling Cao, Yanping Yuan // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2023. – V. 2001, № 1. – Article ID: 123599.
  • Qiu, Guo-don Analysis on the Value of Coefficient of Mass Transfer with Phase Change in Lee’s Equation / Guo-don Qiu, Z. Wu, Y. Jiang, Y. Yao // J. Harbin Inst. Technol. – 2014. – V. 46. – P. 15–19.
  • Tan, Zhoutuo. Improvement on Evaporation-Condensation Prediction of Lee Model via a Temperature Deviation Based Dynamic Correction on Evaporation Coefficient / Zhoutuo Tan, Zehan Cao, Wenxiao Chu, Qiuwang Wang, // Case Studies in Thermal Engineering. – 2023. – V. 48. – P. 103147.
  • Bracconi, M. CFD Modeling of Multiphase Flows with Detailed Microkinetic Description of the Surface Reactivity / M. Bracconi // Chemical Engineering Research and Design. – 2022. – V. 179. – P. 564–579.
  • Saufi, A. An Experimental and CFD Modeling Study of Suspended Droplets Evaporation in Buoyancy Driven Convection / A. Saufi, R. Calabria, F. Chiariello, A. Frassoldati, A. Cuoci, T. Faravelli, P. Massoli // Chemical Engineering Journal. – 2019. – V. 375. – P. 122006.
  • Yang, W. Predicting Evaporation Dynamics of a Multicomponent Gasoline/Ethanol Droplet and Spray Using Non-Ideal Vapour-Liquid Equilibrium Models / W. Yang, J. Xia, X. Wang, K. Wan, A. Megaritis, H. Zhao // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2021. – V. 168. – P. 120876.
  • Strotos, G. Predicting the Evaporation Rate of Stationary Droplets with the VOF Methodology for a Wide Range of Ambient Temperature Conditions / G. Strotos, I. Malgarinos, N. Nikolopoulos, M. Gavaises // International Journal of Thermal Sciences. – 2016. – V. 109. – P. 253–262.
  • Soldatov, E. Decision Support Models and Algorithms for Remote Monitoring of the Equipment State / E. Soldatov, A. Bogomolov // Proceedings of the International Scientific and Practical Conference ≪Information Technologies and Intelligent Decision Making Systems≫. – Moscow, 2021. – P. 1–8.
  • Larkin, E. Discrete Model of Mobile Robot Assemble Fault-Tolerance / E. Larkin, A. Bogomolov, A. Privalov // Interactive Collaborative Robotics. ICR 2019. Lecture Notes in Computer Science, V. 11659. Springer, Cham, – 2019. – P. 204–215.
  • Larkin, E.V. Modeling the Reliability of the Onboard Equipment of a Mobile Robot / E.V. Larkin, T.A. Akimenko, A.V. Bogomolov // Izvestiya of Saratov University. Mathematics. Mechanics. Informatics. – 2021. – V. 21, № 3. – P. 390–399.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp