Об истечении вскипающей жидкости из трубчатого канала и емкости конечного объема

• Автор: Хузина, Фанира Рифовна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературы
1.1. Публикации, посвященные исследованиям истечения кипящей жидкости из каналов и емкостен
1.2. Распространение плоских волн конечной амплитуды (волны Рнмана)
1.3. Основные уравнения для газонасыщенной системы
1.4 Некоторые равновесные модели газожидкостных и парожидкостных систем
Глава 2.Нестациопарное истечение вскипающей жидкости из трубчатого канала
2.1. Истечение вскипающей жидкости из трубчатого канала
2.1.1. Постановка задачи
2.1.2. Основные уравнения
2.2. Начальный этап истечения
2.2.1. Анализ численных решений для начального этапа истечения
2.3. Истечение с учетом силы гидравлического трения
2.3.1. Результаты решения при наличии инверсии потока
2.4. Выводы по главе
Глава З.Истечепие вскипающей жидкости из емкости конечного объема
3.3 Опорожнение емкости конечного объема, заполненного вскипающей жидкостью, через щель
3.3.1 Постановка задачи
3.3.2. Основные уравнения
3.3.3. Анализ результатов для истечения вскипающей жидкости из емкости конечного объема
3.4 Выводы но главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
Литература
Актуальность темы
Большинство технологических процессов в химической промышленности, в атомной и тепловой энергетике, в трубопроводном транспорте происходит при высоких температурах и давлении. Поэтому нарушение герметичности реакторов, каналов, емкостей приводит к многофазным течениям, сопровождающимся фазовыми переходами, а также эффектами звукового запирания потоков. Для анализа возможных последствий аварий на атомных электростанциях, технологических установках, в трубопроводах с легкокипящими углеводородными системами очень важно знать, как изменяются давление в емкости, массовый расход кипящей жидкости.
Поэтому для оценки последствий аварийной разгерметизации емкостей и каналов, покоящихся под высоким давлением, весьма актуально создание математических моделей, позволяющих расширить теоретические представления об особенностях теплофизических и гидродинамических процессов в таких системах.
Цели работы:
изучить особенности нестационарного течения вскипающей жидкости из каналов при внезапной разгерметизации канала с учетом инверсии потока (переход пузырьковопенного потока в парокапельный).
построить теоретическую модель стационарного истечения жидкости из большой емкости через щель; провести численное исследование закономерностей опорожнения в зависимости от начальных условий внутри емкости (давления, температуры).

Достоверность.
Достоверность результатов диссертации основана на использовании фундаментальных уравнений механики сплошных сред и обусловлена согласованием полученных зависимостей для различных методов подсчета, проведением тестовых расчетов, сравнением численных и аналитических решений, согласованностью с решениями других авторов в некоторых частных случаях.
Научная новизна работы.
Впервые получены аналитические и численные решения с учетом инверсии потока (переход пузырьковопенного потока в парокапельный) для нестационарного процесса истечения вскипающей жидкости из канала после внезапной разгерметизации. На основе данных аналитических решений проанализировано влияние инверсии потока на критические параметры истечения данной жидкости.
Применительно к процессу истечения вскипающей жидкости из емкости конечного объема через щель в квазиустановившемся режиме проведено численное моделирование. Показано, что процесс истечения может происходить в режиме газодинамического запирания и в дозвуковом режиме. Изучено влияние исходной температуры и давления в емкости на закономерности опорожнения.
Практическая значимость.
Знание закономерностей истечения вскипающих жидкостей имеет большое прикладное значение для оценки последствий аварийной разгерметизации емкостей и каналов, покоящихся под высоким давлением, для оценки

оказывать значительного влияния на последующую картину течения. Если рассматривается задача о внезапной разгерметизации на конце канала, например, то эффекты инерции существенны в начальной стадии до времен и на участке, примыкающем к концу и имеющем длину порядка 2*.
При истечении достаточно больших времен (/»/,), инерционными членами в уравнении импульсов можно пренебречь, но необходимо учесть силы гидравлического сопротивления.
Таким образом, для начальной стадии истечения из трубчатого канала можно воспользоваться обычным уравнением Эйлера, следующим из уравнения импульсов при г = 0.
2.2. Начальный этап истечения
Пусть имеется полубесконечный канал (0<г<оо), т.е. будем рассматривать времена, в течении которых на процесс истечения через границу г = 0 не будет оказывать влияние правая граница. В исходном состоянии в канале, левая граница (г - 0) которого закрыта, среда находится в покое, а в момент времени ^ > О эта граница внезапно открывается. При этом давление вне канала постоянно и равно ре.
Эти условия с учетом выше принятых допущений запишем в виде следующих начальных и граничных условий:
м> = 0 ,р = р0 (р0=р,(Т)), при / = 0,0<г<со
Р = Ре (Ре<Ро) иРи*>°’2 = 0 (2.2.1)
Для построения решения, описывающего процесс истечения на начальном этапе, воспользуемся решением Римана в виде центрированной волны, которая соответствует истечению в вакуум в канале. Для такой волны инвариант Римана и уравнение характеристик запишутся: