539.3 Математическое моделирование сопряженной естественной конвекции в паре и жидкости при бездренажном хранении криогенных компонентов топлива
Городнов А. О. (АО ГНЦ "Центр Келдыша")
БЕЗДРЕНАЖНОЕ ХРАНЕНИЕ, КРИОГЕННЫЙ КОМПОНЕНТ ТОПЛИВА, ЕСТЕСТВЕННАЯ КОНВЕКЦИЯ, ПРИБЛИЖЕНИЕ БУССИНЕСКА, ПРИБЛИЖЕНИЕ МАЛЫХ ЧИСЕЛ МАХА, ПРИБЛИЖЕНИЕ ГОМОБАРИЧНОСТИ, ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
doi: 10.18698/2309-3684-2020-3-4767
В работе представлен метод численного моделирования тепломассообмена при бездренажном хранении криогенных компонентов топлива в баках с учетом свободно-конвективных течений в жидкой и паровой фазах. Физико-математическая модель основана на приближении малых чисел Маха для пара и приближении Буссинеска для жидкости. Предложен способ численного моделирования начальной неоднородности температуры в паре. Адекватность заложенных в метод допущений и подходов подтверждена сравнением с экспериментальными данными по хранению азота и водорода.
[1] Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Том IV. Гидродинамика. Москва, Наука, 1986, 736 с.
[2] Полежаев В.И., Черкасов С.Г. Нестационарная тепловая конвекция в цилиндрическом сосуде при боковом подводе тепла. Известия Академии наук СССР. Механика жидкости и газа, 1983, № 4, с. 148–157.
[3] Моиссева Л.А., Черкасов С.Г. Математическое моделирование естественной конвекции в вертикальном цилиндрическом баке при знакопеременном распределении теплового потока на стенке. Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа, 1996, № 2, с. 66–72.
[4] Черкасов С.Г., Миронов В.В., Миронова Н.А., Моисеева Л.А. Метод расчета скорости роста давления при бездренажном хранении жидкого водорода в емкостях. Известия Российской академии наук. Энергетика, 2012, № 4, с. 151–159.
[5] Амирханян Н.В., Черкасов С.Г. Теоретический анализ и методика расчета теплофизических процессов, протекающих в криогенной емкости в режиме бездренажного хранения. Теплофизика высоких температур, 2001, т. 39, № 6, с. 970–976.
[6] Ward W.D., et al. Evaluation of AS-203 Low-Gravity Orbital Experiment. NASA CR 94045. Chrysler Corp. Space Div. Technical Report BB-3.4.3-5-101, 1967.
[7] Gray D.G., Giorgini A. The validity of the boussinesq approximation for liquids and gases. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1976, vol. 19, pp. 545–551.
[8] Paolucci S. Filtering of Sound from the Navier-Stokes Equations. Sandia National Laboratories, Livermore, 1982.
[9] Лапин Ю.В., Стрелец М.Х. Внутренние течения газовых смесей. Москва, Наука, 1989, 368 с.
[10] Черкасов С.Г. О некоторых особенностях описания тепловых и динамических процессов в газах в приближении гомобаричности. Теплофизика высоких температур, 2010, т. 48, № 3, с. 444–448.
[11] Черкасов С.Г., Лаптев И.В., Ананьев А.В., Городнов А.О. Рост давления при нестационарной естественной конвекции паров водорода в вертикальном цилиндрическом сосуде с постоянной температурой нижней границы. Тепловые процессы в технике, 2019, т. 11, № 5, с. 203–215.
[12] Kartuzova O., Kassemi M., Agui J., Moder J. Self-pressurization and spray cooling simulations of the multipurpose hydrogen test bed (MHTB) ground-based experiment. Paper presented at the 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference 2014, 2014. DOI:10.2514/6.2014-3578
[13] Panzarella C.H., Kassemi M. Self-pressurization of large cryogenic tank in space. Journal of Spacecraft and Rockets, 2005, vol. 42, no. 2, pp. 299–308.
[14] Grayson G., Lopez A., Chandler F., Hastings L., Hedayat A., Brethour J. CFD modeling of helium pressurant effects on cryogenic tank pressure rise rates in normal gravity. Collection of Technical Papers — 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, 2007, vol. 5, pp. 4956–4965.
[15] Ferziger J.H., Peric M. Computational methods for fluid dynamics. New York, Springer, 2002, 423 p.
[16] Лыков А.В. Теория теплопроводности. Москва, Высшая школа, 1967, 600 с.
[17] Вальциферов Ю.В., Дронов В.П. Численное моделирование конвективного теплообмена в тонкостенном цилиндрическом сосуде с полусферическими днищами, полностью заполненном жидкостью. Известия Академии наук СССР. Механика жидкости и газа, 1984, № 5, с. 204–207.
[18] Веркин Б.И., Кириченко Ю.А., Русанов К.В. Теплообмен при кипении криогенных жидкостей. Киев, Наук. думка, 1987, 264 с.
[19] Patankar S. Numerical heat transfer and fluid flow. Washington, DC, Hemisphere Publishing Corporation, 1980, 210 p.
[20] Quazzani J., Garrabos Y. A new numerical algorithm for low Mach number supercritical fluid. Preprint Elsevier, 2007, 10 p.
[21] Самарский А.А. Теория разностных схем. Москва, Наука, 1989, 616 с.
[22] Chung T.J. Computational fluid dynamics. Cambridge, Cambridge University press, 2010, 1012 p.
[23] Seo M., Jeong S. Analysis of self-pressurization phenomenon of cryogenic fluid storage tank with thermal diffusion model. Cryogenics, 2010, vol. 50, no. 9, pp. 549–555.
[24] Belyayev A.Yu., Ivanov A.V., Egorov S.D., Voyteshonok V.S., Mironov V.M. Pathways to solve the problem of cryogenic rocket propellant long storage in space. Proceedings of the International Aerospace Congress, Moscow, Russia, 1994, vol. 1, pp. 558–562.
[25] Григорьев И.С., Мелихов Е.З. Физические величины. Москва, Энергоатомиздат, 1991, 1232 с.
[26] Солнцев Ю.П., Ермаков Б.С., Слепцов О.И. Материалы для низких и криогенных температур: энциклопедический справочник. Санкт-Петербург, Химиздат, 2008, 768 с.
[27] Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Москва, Наука, 1972, 720 с.
Городнов А.О. Математическое моделирование сопряженной естественной конвекции в паре и жидкости при бездренажном хранении криогенных компонентов топлива. Математическое моделирование и численные методы, 2020, № 3, с. 47–67.
Скачать статью
Количество скачиваний: 400