К расчету квазиодномерных течений вскипающей жидкости

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

Аннотация

В рамках ранее предложенной автором односкоростной двухтемпературной гиперболической модели вскипающей жидкости, базирующейся на законах сохранения для каждой из составляющих смесь фракций, в которой учтены силы межфракционного взаимодействия, исследуется истечение перегретой жидкости из трубы переменного сечения в квазиодномерном приближении. Жидкая фракция считается несжимаемой. В расчетах полагается, что фазовый переход происходит в условиях перегретого состояния, когда температура жидкости превосходит температуру насыщения, а интенсивность фазового превращения вода-пар пропорциональна перегреву жидкости. Проведен характеристический анализ уравнений квазиодномерного течения жидкости с фазовыми превращениями и показана их гиперболичность. Сформулированы соотношения для характеристических направлений и дифференциальные соотношения вдоль них. Получена аналитическая формула для расчета скорости звука во вскипающей жидкости. Отмечено, что скорость звука в жидкости при учете фазовых превращений оказывается несколько меньше, чем дает формула Вуда. Приведены расчетные формулы итерационного алгоритма узлового метода характеристик, включая соотношения в граничных точках. Показано, что при учете фазового превращения увеличивается концентрация пара, растет давление в области, охваченной волной разрежения, причем скорость движения смеси на выходном срезе трубы существенно возрастает. В сужающихся участках трубы наблюдается снижение объемной доли пара.

Литература


  1. 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 https://doi.org/10.1134/S0869864314060122)

  2. 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. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2014.7.4.33

  3. Суров В.С. Односкоростная модель гетерогенной среды с гиперболичным адиабатическим ядром // ЖВММФ. 2008. Т. 48, № 6. С. 1111-1125. (English version https://doi.org/10.1134/S0965542508060146)

  4. Суров В.С. Гиперболическая модель односкоростной теплопроводной смеси с учетом межфракционного теплообмена // ТВТ. 2018. Т. 56, № 6. С. 975-985. https://doi.org/10.31857/s004036440003570-1

  5. Суров В.С. Гиперболическая модель односкоростной вязкой теплопроводной среды // ИФЖ. 2019. Т. 92, № 1. С. 202-214. (English version https://doi.org/10.1007/s10891-019-01922-w)

  6. Суров В.С. Гиперболическая модель вскипающей жидкости // Вычисл. мех. сплош. сред. 2019. Т. 12, № 2. С. 185‑191. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2019.12.2.16

  7. Feburie V., Giot M., Granger S., Seynhaeve J.M. A model for choked flow through cracks with inlet subcooling // Int. J. Multiphase Flow. 1993. Vol. 19. P. 541-562. https://doi.org/10.1016/0301-9322(93)90087-B

  8. 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. https://doi.org/10.1016/0301-9322(95)00078-x

  9. Pinhasi G.A., Ullmann A., Dayan A. 1D plane numerical model for boiling liquid expanding vapor explosion (BLEVE) // Int. J. Heat Mass Tran. 2007. Vol. 50. P. 4780-4795. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.03.016

  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 https://doi.org/10.1007/s10891-010-0353-z)

  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. https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2016.01.004

  12. Нигматулин Р.И., Болотнова Р.Х. Широкодиапазонное уравнение состояния воды и пара. Упрощенная форма // ТВТ. 2011. Т. 49, № 2. С. 310-313. (English version https://doi.org/10.1134/s0018151x11020106)

  13. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. М: Мир, 1972. 436 c.

Опубликован
2019-09-30
Как цитировать
Суров, В. С. (2019). К расчету квазиодномерных течений вскипающей жидкости. Вычислительная механика сплошных сред, 12(3), 325-333. https://doi.org/https://doi.org/10.7242/1999-6691/2019.12.3.28
Раздел
Статьи