Моделирование суперкавитационных течений в опреснительных установках с учетом термодинамических эффектов

Моделирование суперкавитационных течений в опреснительных установках с учетом термодинамических эффектов

Автор: Кулагина Л. В., Пьяных Т. А., Штым К. А.

Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu

Рубрика: Математическое моделирование. Численный эксперимент

Статья в выпуске: 3 т.16, 2023 года.

Бесплатный доступ

Изложена усовершенствованная математическая модель тепломассообменных и гидродинамических процессов в суперкавитирующих испарителях, основанная на предположении локального кинематического и термодинамического равновесия между фазами и отсутствия поверхности раздела между паром и водой. В отличие от известных, предлагаемая модель позволяет на этапе проектирования и в период эксплуатации элементов энергетических систем комплексно оценивать влияние управляющих воздействий на режимы обработки и обеспечивает повышение точности расчетов характеристик процесса.

Опреснение, суперкавитация, процесс испарения, тепломассообмен, гидродинамика, повышение точности расчетов

Короткий адрес: https://sciup.org/146282635

IDR: 146282635

Список литературы Моделирование суперкавитационных течений в опреснительных установках с учетом термодинамических эффектов

  • Кулагин В. А., Москвичев В. В., Махутов Н. А., Маркович Д. М., Шокин Ю. И. Проблемы физического и математического моделирования в области гидродинамики больших скоростей на экспериментальной базе Красноярской ГЭС [J], Вестник Российской академии наук. 2016. 86(11). 978–990. DOI: 10.7868/S 0869587316110062 [V. A. Kulagin, V. V. Moskvichev, N. A. Makhutov, D. M. Markovich, Yu. I. Shokin Physical and Mathematical Modeling in the Field of High-Velocity Hydrodynamics in the Experimental Base of the Krasnoyarsk Hydroelectric Plant [J], Herald of the Russian Academy of Sciences, 2016. 86(6). 454–465. DOI: 10.1134/S 1019331616060034].
  • Ивченко В. М., Кулагин В. А., Есиков С. А., Лаврик Н. Л. Кинетика кавитационного воздействия на элементы гидротехнических сооружений и гидроэнергетического оборудования. Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. Л., Энегоатомиздат, 1987. 200. 43–48 [Ivchenko V. M., Kulagin V. A., Esikov S. A., Lavrik N. L. Kinetics of cavitation impact on elements of hydraulic structures and hydropower equipment. Izvestiya VNIIG im. B. E. Vedeneeva. 200. L., Enogoatomizdat, 1987. 43–48].
  • Витер В. К., Кулагин В. А. Крупномасштабные гравитационные гидродинамические трубы [M]. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. 243. [V. K. Viter and V. A. Kulagin, Large-Scale Gravitational Hydrodynamic Tunnels [M] (IPTs KGTU, Krasnoyarsk, 2006) (in Rus.)].
  • Radzyuk A. Yu., Kulagin V. A., Istyagina E. B., Pianykh T. A. Modernization of the cavitation stand for the investigation of two-phase flow regimes, J. Sib. Fed. Univ. Eng. technol., 2019, 12(4), 468–475. DOI: 10.17516/1999–494X‑0155.
  • Кулагин В. А., Пьяных Т. А. Исследование кавитационных течений средствами математического моделирования [J], Журнал СФУ. Техника и технологии. 2012. 5(1). 57–62 [Kulagin V. A. and P’yanyh T. A. Investigation of cavitation flows by means of mathematical modeling [J], J. Sib. Fed. Univ. Eng. technol. 2012. 5(1). 57–62 (in Rus.)].
  • Демиденко Н. Д., Кулагин В. А., Шокин Ю. И. Моделирование и вычислительные технологии распределенных систем. Монография Новосибирск, Наука, 2012. 436. [N. D. Demidenko, V. A. Kulagin, Yu. I. Shokin Modeling and computing technologies of distributed systems [M], (Nauka, Novosibirsk, 2012) (in Rus.)].
  • Kulagin V. A., Vil’chenko A.P., Kulagin T. A. Modeling of two-phase supercavitation flows; Editor V. I. Bykov. Krasnoyarsk: KSTU, 2001. 187.
  • Ivchenko, V.M., 1985, Supercavitation mechanism hydrodynamics, Irkutsk: Irkutsk Univ. Publishing Comp., 232.
  • Ивченко В. М., Кулагин В. А., Немчин А. Ф. Кавитационная технология: Монография; ред. Г. В. Логвинович. Красноярск, Изд-во КГУ, 1990. 200. [Ivchenko V. M., Kulagin V. A. and Nemchin A. F., Cavitation Technology, Ed. by G. V. Logvinovich [M], Izd. KGU, Krasnoyarsk (1990). 200. (in Rus.)].
  • Zhi-Ying Zheng, Qian Li, Lu Wang, Li-Ming Yao, Wei-Hua Cai, Vladimir A. Kulagin, Hui Li, Feng-Chen Li Numerical study on the effect of steam extraction on hydrodynamic characteristics of rotational supercavitating evaporator. Desalination 455 (2019) 1–18; doi.org/10.1016/j.desal.2018.12.012.
  • Qian Li, Zhi-Ying, Feng-Chen Li, Vladimir A. Kulagin Numerical study on the characteristics of natural supercavitation by planar symmetric wedge-shaped cavitators for rotational supercavitating evaporator. Science China Technological Sciences. 2015. 58(6). 1072–1083; doi: 10.1007/s11431–015–5827-y.
  • Likhachev D. S., Li Feng-Chen, Vladimir A. Kulagin Experimental study of thermohydrodynamic characteristics of a rotational supercavitating evaporator for desalination. Sci. China. Tech. Sci., 2014, 57: 2115–2130, doi: 10.1007/s11431–014–5631–0.
  • Kulagin V. A., P, yanykh T. A. Modeling of processes in supercavitation evaporator with consideration of thermodynamic effects. Chemical and Petroleum Engineering. 50. 2014. 24–29. DOI 10.1007/s10556–014–9848–3.
  • Кашкина Л. В., Кулагин В. А., Кулагина Л. В., Стебелева О. П. Изучение эффектов кавитационного диспергирования твердофазных материалов. Энергетика в глобальном мире: сб. докладов первого Международного научно-технического конгресса. Красноярск, ООО «Версо», 2010. 398–406 [Kashkina L. V., Kulagin V. A., Kulagina L. V., Stebeleva O. P. Study of the effects of cavitation dispersion of solid-phase materials. Energy in the global world: Sat. reports of the first International Scientific and Technical Congress. Krasnoyarsk, LLC “Verso”, 2010. 398–406 (in Rus.)].
  • Hirschi R. Prediction par Modelisation Numerique Tridimensionnelle des Effets de la Cavitation a Poche dans les Turbomachines Hydrauliques. PhD thesis, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, 1998 (N°1777).
  • Hirschi R., Dupont P. and Avellan F. Centrifugal pump performance drop due to leading edge cavitation: Numerical predictions compared with model tests. Trans. of ASME, J. Fluids Eng. 120 (december 1997), 705–711.
  • Deshpande M., Feng J., AND 1994, C. L. M. Cavity flow predicitions based on the euler equations. Trans. of ASME, J. Fluids Eng. 116 (march 1994), 36–44.
  • Chen Y. and Heister S. D. A numerical treatment for attached cavitation. Trans. of ASME, J. Fluids Eng. 116 (september 1994), 613–618.
  • Deshpande M., Feng J. and C.L.M. Numerical modeling of the thermodynamic effects of cavitation. Trans. of ASME, J. Fluids Eng. 119 (june 1997), 420–427.
  • Delannoy Y. and Kueny J. L. Two phase flow approach in unsteady cavitation modelling. In ASME Cavitation and Multiphase Flow Forum (1990), vol. 109, 153–159.
  • Coutier-Delgosha O. Modelisation des Ecoulement Cavitants: Etude des Comportements Instationnaires et Application Tridimensionnelle aux Turbomachines. PhD thesis, LEGI–INPG, Grenoble, France, Nov. 2001. UMR 5519.
  • Schmidt D. P. Rutland C. J. and Corradini M. L. (1997) A numerical study of cavitating flow through various nozzle shapes. SAE paper 971597, 10.
  • Wallis G. B., 1969. One-dimensional two-phase flow, Mc Graw-Hill, p. 143, New-York.
  • Schmidt D. P. and Corradini M. L. (2001), The internal flow of diesel fuel injector nozzles: a review. Int. J. Engine Research. 2(1), 1–22.
  • Qin, J.-R., et al. (2001) Direct Calculations of Cavitating Flows by the Space-Time CE/SE Method. AIAA conf. Paper
  • Dumont N., Simonin O., and Habchi C. (2001) Numerical simulation of cavitating flows in Diesel injectors by a homogeneous equilibrium modelling approach. 4th Int. Symposium on Cavitation: CAV2001.
  • Senocak I., and Shyy W., Evaluation of cavitation models for Navier-Stokes computations. Proceedings of the 2002 ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting, Paper FEDSM2002–31011, 2002.
  • Alajbegovic A., Grogger H. A., Philipp H. (1999) Calculation of transient cavitation in nozzle using the two-fluid model. Proc. ILASS-Americas’99 Annual Conf., 373–377.
  • Yuan W., Sauer J. and Schnerr G. H. 2001. Modeling and computation of unsteady cavitation flows in injection nozzles. Journal of Mechanical Industry, 2, 383–394.
  • Merkle C. L., Feng J. and Buelow P. E.O. 1998. Computationalmodeling of the dynamics of sheet cavitation. Third international symposium on cavitation (CAV1998), Grenoble, France, 307–311.
  • Kunz R. F., Boger D. A., Stinebring D. A., Chyczewski T. S., Gibeling H. J., Venkateswaran S., and Govindan T. R. A preconditioned navier-stokes method for two-phase flows with application to cavitation prediction. Computers & Fluids 29 (2000), 849–875. Elsevier Svcience Ltd.
  • Ahuja V., Hosangadi A., and Arunajatesan S., Simulations of Cavitating Flows Using Hybrid Unstructured Meshes. Trans. of ASME, J. Fluids Eng. 123 (June 2001), 331–340.
  • Singhal N. H., Athavale A. K., Li M. and Jiang Y. Mathematical basis and validation of the full cavitation model. 2002. Tr. ASME, Journal of Fluids Engineering. 124, 617–624.
  • Schmidt D. P., Rutland C. J., and Corradini M. L. (1999) A fully compressible twodimensional model of high-speed cavitating nozzle. Atomization and Sprays. 9.
  • Kubota A., Kato H., and Yamaguchi H.A New modelling of cavitating flows: A numerical study of unsteady cavitation on a hydrofoil section. J. Fluid Mech. 240 (March 1992), 59–96.
  • Giannadakis E., Gavaises M., Roth H. and Arcoumanis C. (2004) Cavitation Modelling in Single-Hole Injector Based on Eulerian-Lagrangian Approach, Conference: THIESEL 2004 Conference on Thermo- and Fluid Dynamic Processes in Diesel Engines
  • Chahine G. L. (2004) Nuclei Effects on Cavitation Inception and Noise. 25th Symposium on Naval Hydrodynamics. St. Johns, Newfoundland and Labrador, Canada, 8–13 August 2004. 14.
  • Delale C. F. (2001) Thermal Damping in Cavitating Nozzle Flows. Proc. of the 4th Int. Symposium on Cavitation: CAV2001, 7.
  • Brennen C. E. Cavitation and Bubble Dynamics. Oxford University Press, New-York, 1995.
  • Ривкин С. Л., Александров А. А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М., Энергия, 1980. 424. [Rivkin S. L., Aleksandrov A. A. Thermophysical properties of water and steam. Moscow, Energy, 1980. 424. (in Rus.)].
  • Goel T., Zhao J., Thakur S., Haftka R. T., Shyy W., Zhao J. International Journal for Numerical Methods in Fluids. 2008. 58. 969–1007.
  • Utturkar Y., Wu J., Wang G., Shyy W. Prog. Aerospace Sci. 2005. 41(7). 558–608.
  • Wu J. Y. Filter Based Modeling of Unsteady Turbulent Cavitating Flow Computational, Ph. D. Thesis, University of Florida, Gainesville, 2005.
  • Tseng C.-C., Shyy W. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2010. 53. 513–525.
  • Senocak I., Shyy W. International Journal for Numerical Methods in Fluids. 2004. 44. 997–1016.
  • Маркина Н. Л. Численное моделирование кавитационных течений: дис. … канд. физ.- мат. наук: 01.02.05. Москва, 2011. 107. [Markina N. L. Numerical modeling of cavitation flows: dis. … cand. Phys.-Math. Sciences: 01.02.05. Moscow, 2011. 107.].
  • Zwart P. J., Gerber A. G., Belamri T. International Conference on Multiphase Flow. 2004. 152. 45–56.
  • Baradaran Fard M., Nikseresht A. H. Scientia Iranica, Transactions B: Mechanical Engineering. 2012. 19. 1258–1264.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp