CC BY
9
УДК 621.453; 457.001.57
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ГАЗОВОГО ПОТОКА ЗА МЕСТНЫМИ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ
А. А. Евланов, Е.В. Степанова
В представленной работе рассмотрены газодинамические процессы, протекающие в газогенераторе с диафрагмой при течении гетерогенных высокотемпературных продуктов сгорания в проточных частях. Проведены расчеты параметров течения продуктов сгорания, определена зависимость длины рециркуляционных зон от давления. Полученные результаты позволяют определить размеры зон с локальной интенсификацией теплообмена и выдать рекомендации по проектированию газогенератора.
Ключевые слова: газогенератор, диафрагма, продукты сгорания.
В конструкциях устройств, использующих в качестве рабочего тела высокотемпературные продукты сгорания, применяются узлы, представляющие местные сопротивления, например, в виде решеток, диафрагм, внезапных сужений и расширений проточных частей и ряд других.
При движении рабочего тела за местными сопротивлениями образуется одна тороидальная рециркуляционная зона или система рециркуляционных зон. Характерным для данного вида течения является резкая интенсификация теплообмена с внутренней поверхностью устройств в конце рециркуляционной зоны, максимум которой соответствует точке присоединения потока.
Длина рециркуляционных зон обусловлена рядом газодинамических параметров на входе в местные сопротивления, в том числе давлением.
Это требует на стадии предварительного проектирования проведения оценок размеров рециркуляционных зон, поскольку выполненные раннее исследования [1] ограничивались рассмотрением параметров рециркуляционных зон при низких давлениях (порядка атмосферного).
С целью оценки газодинамических параметров в области рециркуляционных зон при высоких значениях давления газа (до 20 МПа) на входе в местные сопротивления проводились расчеты параметров продуктов сгорания. В основу математической модели газодинамических процессов положены уравнения движения многофазного газа, при этом используется гипотеза сплошности всех совместно движущихся компонентов.
В соответствии с принятыми допущениями использовалась следующая математическая модель движения гетерогенной среды [2].
Система уравнений для газовой фазы содержала уравнения сохранения и уравнение состояния.
^ + р^уИт = 0, "хт , г > 0; &
уравнение количества движения
ЛЖ - -
р—— = рЖ - gradP + Бжо-Еу, "хт <=¥о , г > 0;
г > 0;
Лг
уравнение энергии р— = рЕ ■ Ж - Лгу (Р ■ Ж) + ЛХу (о- Ж) + - еу, "хт
где ¥о - объем области; г - время; Е = и + Ж2/2 - удельная полная энергия смеси; и = СуТ - удельная внутренняя энергия; Ж - вектор скорости потока в данной точке (среднемассовая скорость); Р и Т - местные термодинамическое давление и температура; хт - пространственные координаты; р -
плотность среды; 4т - вектор плотности теплового потока; Е - вектор плотности внешних массовых сил; Еу - вектор приведенных сил межфазового взаимодействия
ЕГ = 8 С5рр§2
Ж - Ж
у
(Ж - Жу);
С§= Сх ■ Ссу - коэффициент аэродинамического сопротивления частицы сложной формы; Ссу - коэффициент аэродинамического сопротивления частицы идеальной сферической формы; Сх - коэффициент, учитывающий отклонение формы частицы от идеальной сферической; Ж у - вектор скорости частиц конденсированной фазы; еу - интенсивность обмена удельной полной энергией межфазового взаимодействия (включающая теплообмен, работу межфазовых сил)
С
су
24
4
Яе ке0,33 4,3
,0 < Яе,700
(Ке)'
700 < Яе < 2000
ду - удельное выделение теплоты, отнесенное к единице массы; уравнение состояния
Р = рЯТ.
Система уравнений для к-фазы имеет вид:
Л р у
Лг
+
р уЛгуЖ = 0,
р у-
ЛЖ
у
Лг
р уЕ + Еу,
г > 0;
г > 0;
ЛЕ
ру
у
Лг
= р уЕ ■ Жу + еу, 104
г > 0;
где доли объема, занимаемые газовой и к-фазой, характеризуются величинами их объемного содержания ( ag и af ), и в соответствии с эти вводится понятие приведенной плотности фаз: р = ag р g 0 и р f = af р f 0-
При проведении расчетов использовались соотношения стандартной двухпараметрической модели турбулентности для случая развитой турбулентности в свободном потоке.
Решение данной системы уравнений при соответствующих граничных условиях осуществлялось с использованием программного комплекса Gas 2.
В работе приведены результаты расчета для варианта устройств с плоской диафрагмой с одним осевым отверстием.
Рассматривалось распределение газодинамических параметров при изменении давления от Р1=70-105Па до Р2=170-105Па, количество ячеек расчетной модели порядка 25000. Результаты расчетов приведены на рис. 1-10. На рис. 1 и 2 приведено распределение линий тока для двух вариантов, на рис. 3 и 4 - распределение скорости в пристеночной области для двух вариантов, на рис. 5 - зависимость длины рециркуляционной зоны от давления на входе в диафрагму, где l - относительная длина рециркуляционной зоны, равная отношению длины рециркуляционной зоны к разности радиусов газовода и отверстия.
Рис. 1. Линии тока для варианта с Pi=70-105iJa
Рис. 2. Линии тока для варианта с Р2=170-105Па
Рис. 3. Распределение скорости в пристеночной области для варианта
с Р1=70105Па
105
Рис. 4. Распределение скорости в пристеночной области для варианта
с Р2=170 1 05Па
6 3 10 12 14 16 Р, мпа
Рис.5. Зависимость длины рециркуляционной зоны от давления
потока на входе в диафрагму
Результаты проведенного моделирования показывают, что при Р1=70-105Па длина рециркуляционной зоны составляет 5,45 высот уступа, а при Р2=170-105Па - 6,5 высот уступа, то есть при изменении давления в 2,4 раза относительная длина рециркуляционной зоны меняется на 16%, то есть незначительно.
Проведенные экспериментальные исследования позволили выявить зависимость длины рециркуляционных зон с резкой интенсификацией теплообмена при функционировании газогенератора.
Список литературы:
1. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике. Под ред. В.С. Авдуевского. М.: Машиностроение. 1991. 450 с.
2. Лойцянский Л.Г.Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003.
840 с.
Евланов Андрей Александрович, аспирант, инженер 2 категории, е\1>1апо\\> 71а,таИ.ги, Россия, Тула, АО «НПО «Сплав» им. Н.А. Ганичева»,
Степанова Евгения Викторовна, аспирант, инженер 1 категории, е\'2 1ико1аеуа а таИ.ги, Россия, Тула, АО «НПО «Сплав» им. Н.А Ганичева»
106
GAS FLOW MODEL FOR LOCAL RESISTANCE A.A. Evlanov, E. V. Stepanova
In the present work, gas-dynamic processes occurring in a gas generator with a diaphragm during the flow of heterogeneous high-temperature combustion products in the flow parts of a power plant are considered. The calculation of the flow parameters of the combustion products is carried out, the dependence of the length of the recirculation zones on the pressure in the combustion chamber is determined. The results obtained allow us to determine the sizes of zones with local intensification of heat transfer and to give recommendations on the design of a gas generator.
Key words: gas generator, diaphragm, combustion products.
Evlanov Andrey Alexandrovich, postgraduate, engineer 2 categories, ewlanow 7lamail. ru, Russia, Tula, JS «NPO «Splav» them. N.A Ganicheva»,
Stepanova Evgenia Viktorovna, postgraduate, engineer l categories, evg_nikolaeva@mail. ru, Russia, Tula, JS «NPO «Splav» them. N.A Ganicheva»
УДК 620.22; 628.1; 004
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ ТРУБ В ПРОМЫШЛЕННОМ ВОДОСНАБЖЕНИИ
Е.Р. Сиренко
В данной работе приводится описание современного материала, используемого при производстве труб в горячем и холодном водоснабжении, а также водоотведе-нии на промышленных предприятиях.
Ключевые слова: полипропилен, трубопровод, материалы, защита, вода, пластик.
Сегодня, благодаря развитию новых технологий, применение чугунных, стальных и оцинкованных труб постепенно начинает забываться. На смену им приходят трубы, сделанные из полимерных материалов. Среди наиболее популярных можно выделить трубы, выполненные из метал-лопластика, полипропилена, поливинилхлорида и полиэтилена. При создании новых коммуникаций специалисты все чаще стали обращать внимание именно на полипропилен. Благодаря своим превосходным качествам, этот полимер обладает отличной прочностью и вероятность того, что может произойти прорыв, практически полностью сходит на нет [1-4].
В основном, трубы, изготовленные из полипропилена, используют при прокладке холодных или горячих водопроводных сетей, причем, как внутренних, так и наружных. Часто применяют этот материал и при устройстве канализации. Легкость и прочность - вот основные положительные качества этого современного материала. Трубы из полипропилена не будут проводить блуждающие токи, как это часто
107
