Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Численное исследование образования и эволюции пузырей пара в условиях падения давления жидкости

Диссертация: Численное исследование образования и эволюции пузырей пара в условиях падения давления жидкости
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Richter S. t Fleischer S., Aritomi M., Hampel R. Transient two-phase flow in arbitrary inclined tubes caused by depressurization of liquid with dissolved gases // Int. J. Heat and Mass Transfer. -2001. -Vol.44, -P. 1−15. Jones O.C. Saha P. Nonequilibrium aspects of water reactor safety // In Thermal Hydraulic Aspects of Nuclear Reactor Safety. Vol 1, Light Water Reactors (Edited by Jones O. C… Читать ещё >

Содержание

  • МОДЕЛИРОВАНИЯ ВСКИПАЮЩИХ ПОТОКОВ
    • 1. 1. Изучаемые физические процессы
    • 1. 2. Исследования вскипающих потоков
    • 1. 3. Обзор литературы по моделированию нуклеации
    • 1. 4. Выводы из обзора литературы
    • 1. 5. Цели данной работы
  • ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕЧЕНИЯ ВСКИПАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
    • 2. 1. Физические явления, сопровождающие течения жидкости в условиях резкого падения давления
    • 2. 2. Формулировка рассматриваемых задач динамики вскипающей жидкости
    • 2. 3. Основные допущения
    • 2. 4. Лагранжево-эйлеровский подход к описанию двухфазной системы
    • 2. 5. Уравнения эйлеровского этапа
      • 2. 5. 1. Описание несущей фазы
      • 2. 5. 2. Уравнение возникновения и конвективного переноса пузырей
      • 2. 5. 3. Математические модели процессов межфазного переноса
    • 2. 6. Уравнения лагранжева этапа — описание динамики пузырьков
      • 2. 6. 1. Уравнение сохранения массы и внутренней энергии
      • 2. 6. 2. Уравнение движения межфазной границы — уравнение Рэлея-Лэмба
      • 2. 6. 3. Некоторые замечания, связанные с влиянием теплопроводности жидкости на эволюцию пузыря
    • 2. 7. Модели нуклеации
      • 2. 7. 1. Теория гомогенной нуклеации
      • 2. 7. 2. Модифицированные модели гомогенной нуклеации
      • 2. 7. 3. Модель объемной гетерогенной нуклеации, учитывающая распределение гетерогенных ядер по размерам
      • 2. 7. 4. Модель пристенной нуклеации
    • 2. 8. Полная система уравнений, начальные и граничные условия, замыкание модели
      • 2. 8. 1. Полная система уравнений эйлеровского этапа для осесимметричного случая
      • 2. 8. 2. Полная система уравнений лагранжева этапа
      • 2. 8. 3. Замыкание модели '
      • 2. 8. 4. Начальные и граничные условия
  • ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД
    • 3. 1. Решение эйлеровского этапа
      • 3. 1. 1. Схема Родионова
      • 3. 1. 2. Задача о распаде разрыва для воды
    • 3. 2. Решение лагранжева этапа
      • 3. 2. 1. Метод Адамса
      • 3. 2. 2. Метод Гира
      • 3. 2. 3. Сравнение методов
    • 3. 3. Расчетная сетка
    • 3. 4. Сходимость численной схемы на расчетной сетке
    • 3. 5. Тестирование численного метода
      • 3. 5. 1. Одномерная задача о распаде разрыва
      • 3. 5. 2. Двумерная задача о распаде разрыва
  • ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ
    • 4. 1. Одномерные задачи
      • 4. 1. 1. «Разгерметизация трубы»
      • 4. 1. 2. Задача о закрытии клапана
    • 4. 2. Двумерные задачи
      • 4. 2. 1. Течение в канале переменного сечения
      • 4. 2. 2. Задача о «внезапном расширении»
  • РИСУНКИ К ГЛАВЕ

Численное исследование образования и эволюции пузырей пара в условиях падения давления жидкости (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

• Рассмотрены физические явления, происходящие при вскипании жидкости под действием резкого понижения давления.

• Построена математическая модель для исследования процессов, сопровождающих быстрое падение давление жидкости. Модель включает в себя различные механизмы нуклеации, межфазный обмен и динамику пробного пузыря.

• Численное моделирование позволяет определить зависимость от времени и от пространственной координаты параметров несущей фазы, объемного содержания, температуры и давления паровой фазы, концентраций и размеров пузырей.

• Исследовано влияние различных механизмов нуклеации (модифицированной гомогенной, объемной гетерогенной и пристенной) на структуру вскипающего потока.

• Выявлено, что для описания объемной гетерогенной нуклеации учет распределения зародышей по размерам существенен для определения параметров несущей и дисперсной фаз.

• Продемонстрирован относительный вклад объемной и пристенной нуклеации при течении жидкости в канале переменного сечения и показано, что для адекватного моделирования вскипания жидкости необходим учет обоих указанных механизмов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Richter S. t Fleischer S., Aritomi M., Hampel R. Transient two-phase flow in arbitrary inclined tubes caused by depressurization of liquid with dissolved gases // Int. J. Heat and Mass Transfer. -2001. -Vol.44, -P. 1−15.

2. Deligiannis P., Cleaver J. W. The role of nucleation in the initial phases of rapid depressurization of a subcooled liquid // Int. J. Multiphase Flow. 1990. -N 16. -P.468−475.

3. Xu J.L., Chen Т.К., Chen X.J. Critical flow in convergent-divergent nozzles with cavity nucleation model // Experimental thermal and fluid science. -1997. -N 14. -P. 166−173.

4. Hahne E., Barthou G. Evaporation waves in flashing processes// Int. J. Multiphase Flow. -2000. -N 26. -P.531−547.

5. Kumzerova E.Yu., Schmidt A.A. Effect of bubble nucleation mechanisms on flashing flow structure (Numerical Simulation) // Computational Fluid Dynamics. -2003. -Vol.11. -N 4. -P.507−512.

6. Hsu Y.Y. Review of critical flow, propagation of pressure pulse, and sonic velocity / Report NASA TND-6814. 1972. -38p.

7. Saha P. Review of two phase stream-water critical flow models with emphasis on thermal nonequilibrium / Reports BUREG/CR 0417& BNL-NUREG-50 907, 1978. -35p.

8. Abdollahian D., Healzer J., Janssen E., Amos C. Critical flow data review and analysis / Report EPRI NP-2192. 1982. -46p.

9. Bailey J.F. Metastable flow of saturated water // Trans. ASME 73. -1951. -P.1109−1116.

10. Brown R.A. Flashing expansion of water through a converging-diverging nozzle. M.S. Thesis, Univ. of California, Berkley CA. UKAEC Report UCRL-6665-T. 1961. -167p.

11. Schrock V.E., Starkman E.S., Brown R.A. Flashing flow of initially subcooled water in converging-diverging nozzles // Journal of Heat Transfer. -1977. -V. 99. -P.263−268.

12. Powell A.W. Flow of subcooled water through nozzles / Report WAPD-PT-(V)-90, Weistinghouse Electic Corp.1961. -51 p.

13. Abuaf N., Jones 0, C, Wu Jr. Critical flashing flow in nozzles with subcooled inlet conditions / Polyphase flow and transport technology (edited by Bajura R.A.), ASME, New York, 1980. -P.65−74.

14. Abuaf N., Jones 0, C, Wu Jr. Critical flashing flow in nozzles with subcooled inlet conditions // Journal of Heat Transfer. -1983. -V.105. -P.379−383.

15. Alamgir Md., Lienhard J. H. Correlation of pressure undershoot during hot-water depressurization // Journal of Heat Transfer. -1981. -V. 103. -N 1. -P.52−55.

16. Simpson H.C., Silver R.S. Theory of one-dimensional two-phase homogeneous nonequilibrium flow // Proc. Inst. Mech. Engrs. Symp. on Two-phase Flow. 1962. -P.45−53.

17. Plesset M.S. Zwick S.A. The growth of vapor bubbles in superheated liquids //Journal Applied Physics. -1954. -P.493−500.

18. Edwards A.R. Conduction controlled flashing of a flui and the prediction of critical flow rates in a one-dimensional system / Report AHSB (S) R-147, UKAEA AERE.-1968. -69p.

19. Moody F.J. Maximum two-phase vessel blowdown from pipes // Journal of Heat Transfer. -1966. -V. 88. -P.285−295.

20. Henry R.E. Fauske H.K. The two-phase critical flow of one component mixtures in nozzle orifices, and short tubes // Journal of Heat Transfer. -1971. -V. 93.-P.179−187.

21. Jones O.C. Saha P. Nonequilibrium aspects of water reactor safety // In Thermal Hydraulic Aspects of Nuclear Reactor Safety. Vol 1, Light Water Reactors (Edited by Jones O.C., Bankoff S.G.) ASME, New York. 1977. -18p.

22. Riebold W.L. Reocreux M., Jones O.C. Blowdown phase / In Unclear Reactor Safety Heat Ransfer. Hemisphere, New York. 1981. -P. 325−378.

23. Jones O.C. Toward a unified approach for thermal nonequilibrium in gas-liquid systems // Nuclear Engineering Design. -1982. -Vol.69. -P.57−73.

24. Malnes D. Critical two-phase flow based on nonequilibrium model / In Nonequilibrium pwo-phase flow (Edited by Lahev R.T., Wallis G.B.). ASME. New York. 1975. -P. 11−16.

25. Henry R.E. Fauske H.K. McComas S.T. Two-phase critical flow at low qualities. Part l: experimental // Nuclear Engineering Design. -1970. -Vol.41. -P.79−91.

26. Fauske H.K. The discharge of saturated water through tubes // Proc. of the 7th National Heat Transfer Conference. ASME, OH. 1964. -P.23−29.

27. Rohatgi U.S. Reshotko E. Nonequilibrium one-dimensional two-phase flow in variable area channels / In Nonequilibrium pwo-phase flow (Edited by Lahev R.T., Wallis G.B.). ASME. New York. 1975. -P. 47−54.

28. Fritz G. Riebold W. Scultze W. Studies on thermodymanic nonequilibrium in flashing flow / Presented on OECD/NEA Specialist MTG on Transient Two-Phase Flow, Toronto, Ontario. 1976.

29. Wolfert K. The simulation of blowdown processes with condensation of thermodynamic nonequilibrium phenomena / Presented at the OECD/NEA Specialists MTG on Transient Two-phase Flow. Toronto. Ontario. 1976.

30. Aguilar F. Thompson S. Nonequilibrium flashing model of rapid pressure transient / ASME preprint. Paper No. 81-HT-35. 1981. 41 p.

31. Ardron K.H. A two-fluid model for critical vapor-liquid flow // Int. J. Multiphase Flow. -1978. -Vol.4. -P.323−337.

32. Rivard W.C. Travis J.R. A nonequilibrium vapor production model for critical flow// Nuclear Engineering Design. -1980. -Vol. 74. -P. 40−48.

33. Richter H.J. Separated two-phase flow model: application to critical two-phase flow / Report EPRI NP-1800. 1981.-53p.

34. The Marviken full scale critical-flow tests / NUREG/CR-2671, MXC-301, 1982. -57p.

35. Reocreus M. Experimental study of steam-water choked flow / Presented on OECD/NEA Specialist MTG on Transient Two-Phase Flow, Toronto, Ontario. 1976.

36. Sozzi G.L. Sutherland W.A. Critical flow of saturated and subcooled water at high pressure / GE Report NEDO-13 418. 1975. -35p.

37. Winters W. Merte H. Experiments and nonequilibrium analysis of pipe blowdown // Nuclear Sci. Engng. -1979. -Vol.69. -P.411−429.

38. Zimmer G.A., Wu B.J.C., Leonhard W.L., Abuaf N., Jones O.C. Pressure and void distributions in a converging-diverging nozzle with nonequilibrium water vapor generation / Report BNL-NUREG-26 003. 1979.

39. Simoneau R.J. Pressure distribution in a converging-diverging nozzle during two-phase choked flow of subcooled nitrogen / In Nonequilibrium two-phase flows (Edited by Lahev R.T. and Wallis G.B.), ASME. New York. 1975. -P. 37−44.

40. Hendricks R.C., Simoneau R.J. Barrows R.F. Two-phase choked flow of subcooled oxygen and nitrogen / Report NASA-TD-D-8169. 1976, -68p.

41. Lienhard J. H., Alamgir Md., Trela M. Early response of hot water to sudden release from high pressure // Journal of Heat Transfer. -1977. -V.100. -N 3. -P.473−479.

42. Alamgir Md., Kan C.Y., Lienhard J. H. An experimental study of the rapid depressurization of hot water // Journal of Heat Transfer. -1980. -V. 102. -N 3. -P.433−438.

43. Jones O.C. Flashing inception in flowing liquids // Journal of Heat Transfer. -1980. -V.102. -N 3. -P.439−444.

44. Saha P. Abuaf N. Wu B.J.C. A nonequilibirium vapor generation model for flashing flows / ASME preprint. Paper No. 81-HT-84. 1981. -33p.

45. Levy S., Abdollahian D. Homogeneous nonequilibrium critical flows // Int. Journal of Heat and Mass Transfer. -1982. -Vol. 25. -P.759−778.

46. Albagli D., Gany A. High speed bubble nozzle flow with heat, mass, and momentum interactions // Int. J. Heat and Mass Transfer. -2003. -Vol.46. -P.1993;2003.

47. Cokliat D., Ivanov V.A., Vasquez S.A. Two-phase model for cavitating flows// Proc. of the 2th International Conference on Multiphase Flow 1998, Lion. 1998 (on CD).

48. Iben U., Wrona F., Munz C. -D., Beck M. Cavitation in hydraulic tools based on thermodynamic properties of liquid and gas // Journal of Fluids Engineering. -2002. -Vol. 124. -P.2−7.

49. Скрипов В. П. и др. Теплофизические свойства жидкостей в метастабильном состоянии. М., Атомиздат, 1980. -208с.

50. Lee S.Y. Schrock V.E. Critical two-phase flow in pipes for subcooled stagnation states with cavity flooding incipient flashing model // Journal of Heat Transfer. -1990.-Vol.112. -P.1032−1040.

51. Elias E. Chambre P.L. Flashing inception in water during rapid decompression // Journal of Heat Transfer. -1993. -Vol. 115. -P. 231−238.

52. Abuaf, N., Zimmer G.A., We B. J. C. A study of non-equilibrium flashing of water in a converging-diverging nozzle, Vol. 1 / Experimental. Reports NUREG/CR-1864, BNL-NUREG-51 317. 1981.-52p.

53. Volmer V., Weber A. Keimbildung in uebersaetigen Daempfen. // Z.Phys.Chem. -1926. -N119. -P. 277−301.

54. Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. Л., Наука, 1959. -586С.

55. Каверин A.M., Байдаков В. Г., Скрипов В. П. Частота спонтанного зародышеобразования в перегретых жидких ксеноне и криптоне // Инженерно-физический журнал. -1980. -Том XXXVIII. -№ 4. -С.680−684.

56. Schmelzer J.W.P., Schmelzer J.Jr. Kinetics of nucleation at increasing supersaturation // J. Colloid and Interface Science. -1999. -Vol.215. -P.345−355.

57. Павлов П. А. Теплофизика метастабильных систем. Свердловск. УНЦ. 1977.-69с.

58. Павлов П. А. Динамика вскипания сильно перегретых жидкостей. Свердловск. УрО АН СССР. 1988. -74с.

59. Lienhard J. Н., Karimi A. Homogeneous nucleation and the spinodal line // Journal of Heat Transfer. -1981. -V. 103. -N 1. -P.61−64.

60. Kendoush A.A. The delay during depressurization of saturated water // Int. J. Heat and Mass Transfer. -1989. -Vol.32. -N11. -P.2149−2154.

61. Bartak J. A study of the rapid depressurization of hot water and the dynamics of vapor bubble generation in superheated water // Int. J. Multiphase Flow. -1990. -N 5. -P.789−798.

62. Elias E., Chambre P.L. Bubble transport in flashing flow // Int. J. Multiphase Flow. -2000. -N 26. -P.191−206.

63. Kumzerova E.Yu., Schmidt A.A. Numerical simulation of homogeneous nucleation and bubble dynamics in a depressurized liquid // Proc. of the 4th International Conference on Multiphase Flow 2001, New Orleans. 2001. (на CD).

64. Kwak H.-Y., Kim Y.W. Homogeneous nucleation and macroscopic growth of gas bubble in organic solutions // Int. J. Heat and Mass Transfer. -1998. -Vol. 41. -No.4−5. -P.757−767.

65. Kiselev S.B. Kinetic boundary of metastable states in superheated and stretched liquids// Physica A, -1999. -N 269. -P.252−268.

66. Wiesche S., Rembe C., Hofer E.P. Boiling of superheated liquids near. the spinodal: I general theory // Heat and mass transfer. -1999. -Vol.35. -P.25−31.

67. Kotake S., Glass I.I. Survey of flows with nucleation and condensation / UTIAS Review No.42, CN ISSN 0082−5247, Oct.1978. -39p.

68. Peng X. F et al. Cluster dynamics and fictitious boiling in microchannels // Int. J. Heat and Mass Transfer. -2000. -N 43. -P.4259−4265.

69. Bankoff S.G. Entrapment pf gas in the spreading of a liquid over a rough surface //AlChE Journal. -1951. -Vol. 4. -P.24−26.

70. Hsu Y.Y. On the size range of active nucleation cavities on a heating surface // Journal of Heat Transfer. -1962. -Vol 94. -P. 207−212.

71. Shoukri M.S.M. Judd R.L. A theoretical model for bubble frequency in nucleate pool boiling including surface effects / Presented at 6th Int. Heat Transfer Conference, Toronto, Ontario, 1978.

72. Jones O.C. Shin T.S. An active cavity model for flashing // Nuclear Engineering Design. -1986. -Vol. 95. -P. 185−189.

73. Kocamustafaogullari G. Ishii M. Interfacial arear and nucleation site density in boiling systems // Int. J. Heat and Mass Transfer. -1982. -Vol.26. -P.1377−1387.

74. Zuber N. Nucleate boilng the region of isolated bubbles: similarity with natural convection // Int.J. Heat Mass Transfer. -1963. -N 6. -P.53−78.

75. Хирс Д., Паунд Г. Испарение и конденсация. Пер. с англ. М., Металлургия. 1966. -462С.

76. Campos F.B., Lage P.L.C. Heat and mass transfer during the formation and ascension of superheated bubbles // Int. J. Heat and Mass Transfer. -2000. -Vol.43. -P.2883−2894.

77. Shin T.S., Jones O.C. Nucleation and flashing in nozzles-1. A distributed nucleation model // Int. J. Multiphase Flow. -1993. -Vol.19. -N 6. P.943−964.

78. Blinkov V.N., Jones O.C., Nigmatulin B.I. Nucleation and flashing in nozzles-2. Comparison with experiments using a five-equation model for vapor void development// Int. J. Multiphase Flow. -1993. -Vol.19. -N 6. -P.965−986.

79. Maksic S., Mewes D. Flashing due pipe break in a sealing water cooler// Proc. of the 4th International Conference on Multiphase Flow 2001, New Orleans. 2001 (на CD).

80. Kedrinskii V.K. The lordansky-Kogarko-van Wijngaarden model: shock and rarefaction wave interactions in bubbly media //Applied Scientific Research. -1998.-Vol. 58. -P. 115−130.

81. Нигматулин P.И. Основы механики гетерогенных сред. М., Наука, 1978, -335с.

82. Рахматулин Х. А., ПММ 20. № 2. 1956. -38с.

83. Крайко А. Н., Стернин Л. Е. ПММ 29. № 3. 1965. -79с.

84. Нигматулин Р. И. Динамика мнгофазных сред. Москва. Наука. 1987. Т.1. -359с.

85. Pan Y., Dudukovic М.Р., Chang М. Dynamic simulation of bubbly flow in bubble columns// Chemical Eng. Science, 54. -1999. -P.2481−2489.

86. Lapin A., Lubert A. Numerical simulation of the dynamics of two-phase gas-liquid flows in bubble columns // Chemical Eng. Science. -1994. -N 49. -P.3661−3674.

87. Sommerfeld, M., Bourloutski, E. & Broder, D. Euler/Lagrange calculations of bubbly flows with consideration of bubble coalescence // The Canadian Journal of Chemical Engineering. -2003. -Vol. 81. -P.508−518.

88. Sokolichin A., Eigenberger G., Lapin A., Lubbert A. Dynamic numerical simulation of gas-liquid two-phase flows: Euler/Eler versus Euler/Lagrange // Chemical Eng. Science. -1997. -Vol. 52. -P.611−626.

89. Maeno K., Kouchi Т., Sato H. Behavior of pulse-laser-induced cavitation bubble in liquid nitrogen // Proc. of the ISSW'21. -Marcel, 1995. (on CD).

90. Лабунцов Д. А., Ягов В. В. Механика двухфазных систем. М., «МЭИ». 2000. -369с.

91. Родионов А. В. Повышение порядка аппроксимации схемы С. К. Годунова //ЖВМиМФ. -1987. -Том.27. -№ 3. -С. 1853−1859.

92. Численное решение многомерных задач газовой динамики. Под ред. С. К. Годунова. М., Наука. 1976. -400с.

93. Oran E.S., Boris J.P. Numerical simulation of reactive flows. Elsevier Science Publ., 1987. -655p.

Показать весь текст
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?