Исследование режимов взрывного истечения газо- парожидкостных смесей

• Автор: Бузина, Валерия Александровна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Характеристики адиабатических течений и скорости звука
в паро- газожидкостной смеси
1.1 Анализ работ, посвященных исследованию адиабатической скоро-
сти звука в паро- газожидкостных средах
1.2 Уравнения состояния газа и жидкости
1.3 Адиабатическая скорость звука в пароводяной смеси
1.4 Сравнение численных расчетов и экспериментальных данных
Выводы по главе
Глава 2. Гидродинамические особенности процессов истечения
вскипающей жидкости в одномерном приближении
2.1 Экспериментальные и теоретические исследования процессов исте-
чения двухфазных смесей из сосудов высокого давления
2.2 Постановка задачи. Основные уравнения
2.3 Особенности моделирования перегретого состояния
2.4 Метод численного решения
2.5 Обсуждение результатов численного моделирования
Выводы по главе
Глава 3. Нестационарное истечение двухфазной смеси из сосудов
высокого давления в двумерном осесимметричном случае
3.1 Анализ работ, посвященных методам исследования задач истечения
чистого газа и двухфазной смеси
3.2 Двумерная двухфазная модель паро- газожидкостной смеси с уче-
том фазовых переходов
3.3 Метод расчета двумерных осесимметричных задач динамики паро-
газожидкостной смеси при наличии фазовых переходов
3.4 Обоснование достоверности предложенной модели и вычислитель-
ного метода

3.5 Моделирование двумерных осесимметричных процессов истечения
газонасыщенной жидкости из сосудов в однотемпературном приближении
3.6 Пространственное адиабатическое истечение газонасыщенной жид-
кости из осесимметричных цилиндрических сосудов и сопел
3.7 Исследование пространственной динамики процесса взрывного ис-
течения вскипающей жидкости при мгновенной разгерметизации осесимметричного сосуда высокого давления с учетом фазовых
переходов
Выводы по главе
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность проблемы
Паро- газожидкостные среды интенсивно применяются в качестве рабочих жидкостей в различных технических системах и процессах: ракетостроение, криогенное машиностроение, пищевая и химическая промышленности. Актуальность исследований истечения взрывного вскипания жидкости, находящейся в емкости под высоким давлением, возникающего при резком падении давления в результате разгерметизации, связана с их широкими практическими приложениями. Моделирование таких течений позволяет прогнозировать и предотвращать возникновение аварийных ситуаций на промышленных объектах нефтяной и атомной энергетики в случае разрывов теплоносителей, в которых параметры пароводяных смесей близки к критической точке, и при разгерметизации могут реализовываться режимы взрывного вскипания.
Тенденции развития науки и современных технологий приводят к уменьшению размеров сложных технических систем. Важно не только качественно определить структуру потока, но и правильно задать геометрию канала. Например, в авиакосмической промышленности используются наноспутники массой от 1 до 10 кг, работающие на химических двигателях и тяговых устройствах на холодном газе. Становится необходимым правильно миниатюризировать холодногазовый двигатель (микроракетные двигатели), важнейшим элементом которого является сопло. В соплах энергия рабочего тела преобразуется в кинетическую энергию газового потока.
В связи с этим актуальным является изучение пространственной динамики нестационарной начальной стадии истечения двухфазного потока при внезапной разгерметизации с последующим за ним процессом формирования дозвуковых и сверхзвуковых течений струи газожидкостной или пароводяной смеси с учетом парообразования. Использование в работе единого широкодиапазонного уравнения состояния воды и пара в аналитической форме, описывающего экспериментальные данные на линии насыщения, в области однофазных и метастабильных

стей. Проведен эксперимент по вскипанию перегретых диссоциирующих жидкостей.
В работе Д.В. Шевелева (2004) [112] изготовлена экспериментальная установка для исследования истечения кипящей воды в атмосферу. Обнаружено неравновесное состояние потока в заданных значениях температуры, давления и расхода жидкости. Процесс парообразования происходит согласно гетерогенной нуклеа-ции.
Низконапорное адиабатное течение вскипающей жидкости в разреженную среду экспериментально исследовано в [32] Ю.Ф. Гортышовым, В.Г. Тонконог, А.Г. Коненковым (2007). Измерены частота образования вихрей, скорости движения паровой фазы, динамика роста парового пузырька в зависимости от сечения канала и начальных параметров смеси.
В рамках эксперимента C.L. Ong, J.R. Thome (2011) [126] были изучены эффекты при течении кипящего потока хладагентов R134a, R236fa и R245fa в горизонтальных каналах диаметром 1.03, 2.20 и 3.04 мм. Выявлены особенности теплообмена в двухфазных рабочих жидкостях. Обнаружено, что коэффициенты теплопередачи кипящего потока значительно зависят от типа двухфазного потока.
Экспериментальное исследование волн адиабатического испарения перегретого хладагента проводили V.V. Kuznetsov, I.A. Kozulin, O.V. Vitovsky (2012) [125]. Были получены закономерности динамики межфазной поверхности и влияние межфазного тепло- и массообмена на распространение адиабатических волн испарения.
Теоретическое и численное решение проблемы
Исследованиям нестационарных процессов истечения в рамках термодинамически равновесной модели посвящены работы А.И. Ивандаева (1978); А.И. Ивандаева, A.A. Губайдуллина (1978) [41, 42].
Влияние неравновесное на критическое истечение жидкоста в пузырьковом режиме теоретически исследовалось в работах Б.И. Нигматулина и К.И. Сопленкова (1980) [67], К.Н. Ardron (1978) [116] и др. В [67] для численного решения задачи нестационар-