Гиперболическая модель вскипающей жидкости

  • Виктор Сергеевич Суров Южно-Уральский государственный университет
Ключевые слова: вскипающая жидкость, гиперболическая модель, узловой метод характеристик

Аннотация

Представлена новая модель вскипающей жидкости, построенная на базе ранее предложенной автором односкоростной двухтемпературной модели смеси, в которой учтены силы межфракционного взаимодействия. Жидкая фракция считается несжимаемой. Проведен характеристический анализ уравнений модели и выявлена их гиперболичность. Выведены дифференциальные соотношения вдоль характеристических направлений. Получена аналитическая формула для расчета скорости звука во вскипающей жидкости. Отмечено, что скорость звука в жидкости при учете фазовых превращений оказывается несколько меньшей, чем дает формула Вуда. Приведены расчетные формулы итерационного алгоритма узлового метода характеристик, с использованием которого рассчитано течение при распаде произвольного разрыва во вскипающей жидкости. В расчетах полагалось, что фазовый переход в процессе кипения происходит в условиях перегретого состояния, когда температура жидкости превышает температуру насыщения. Показано, что при учете фазового превращения концентрация пара в волне разгрузки значительно возрастает, а также наблюдается небольшое увеличение как скорости движения смеси, так и давления. Концентрация паровой фракции за фронтом ударного скачка уменьшается. Предложенная модель вскипающей жидкости может быть применена при моделировании процессов в случае разгерметизации технических устройств с перегретой жидкостью, а также для описания кавитационных явлений, имеющих место, например, на поздней стадии высокоскоростного взаимодействия жидких капель с твердой поверхностью.

Литература


  1. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред: в 2 ч. М.: Наука. 1987.

  2. Гофман Г.В., Крошилин А.Е., Нигматулин Б.И. Нестационарное волновое истечение вскипающей жидкости из сосудов // ТВТ. 1981. Т. 19, № 6. С. 1240-1250.

  3. Downar-Zapolski P., Bilicky Z., Bolle L., Franco J. The non-equilibrium relaxation model for one-dimensional flashing liquid flow // Int. J. Multiphase Flow. 1996. Vol. 22. P. 473-483. DOI

  4. Алексеев М.В., Лежнин С.И., Прибатурин Н.А., Сорокин А.Л. Генерация ударно-волновых и вихревых структур при истечении струи вскипающей воды // Т И А. 2014. Т. 21, № 6. С. 795-798. (English version DOI)

  5. Болотнова Р.Х., Бузина В.А., Галимзянов М.Н., Шагапов В.Ш. Гидродинамические особенности процессов истечения вскипающей жидкости // Т и А. 2012. Т. 19, № 6. С. 719-730.

  6. Болотнова Р.Х., Бузина В.А. Пространственное моделирование нестационарной стадии истечения вскипающей жидкости из камер высокого давления // Вычисл. мех. сплош. сред. 2014. Т. 7, № 4. С. 343-352. DOI

  7. Суров В.С. Односкоростная модель гетерогенной среды с гиперболичным адиабатическим ядром // ЖВММФ. 2008. Т. 48, № 6. С. 1111-1125. (English version DOI)

  8. Суров В.С. Гиперболическая модель односкоростной теплопроводной смеси с учетом межфракционного теплообмена // ТВТ. 2018. Т. 56, № 6. С. 975-985. DOI

  9. Суров В.С. Гиперболическая модель односкоростной вязкой теплопроводной среды // ИФЖ. 2019. Т. 92, № 1. С. 202‑214. (English version DOI)

  10. Суров В.С. Об одном варианте метода характеристик для расчета течений односкоростной многокомпонентной смеси // ИФЖ. 2010. Т. 83, № 2. С. 345-350. (English version DOI)

  11. Saurel R., Boivin P., Le Métayer O. A general formulation for cavitating, boiling and evaporating flows // Comput. Fluid. 2016. Vol. 128. P. 53-64. DOI

  12. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. М: Мир. 1972. 436 C.

  13. Нигматулин Р.И., Болотнова Р.Х. Широкодиапазонное уравнение состояния воды и пара. упрощенная форма // ТВТ. 2011. Т. 49, № 2. С. 310-313. (English version DOI)

Опубликован
2019-06-30
Как цитировать
Суров, В. С. (2019). Гиперболическая модель вскипающей жидкости. Вычислительная механика сплошных сред, 12(2), 185-191. https://doi.org/https://doi.org/10.7242/1999-6691/2019.12.2.16
Раздел
Статьи