14.577.21.0151

Адиабатическое расширение жидкости в дросселирующих устройствах, в каналах переменного сечения и соплах широко используется в технологиях, использующих фазовые переходы жидкость- пар, жидкость- пар- твердая фаза. При расширении жидкости в дросселирующем устройстве, вследствие падения давления до значений, равных или меньших давления насыщения, в потоке происходят фазовые превращения жидкость-пар, жидкость- пар-кристаллическая фаза.  Как правило, в таких процессах фазовые переходы начинаются в области минимального сечения сопла, где давление  падает ниже давления насыщения. Жидкость вскипает, далее происходит инверсия структуры течения и переход к парокапельному потоку, который движется в диффузоре сопла и попадает в инерционный сепаратор, где несущая среда (пар) отделяется от дисперсной фазы (капли, твердые частицы). Процесс определяется формой сопла, перепадом давления на входе-выходе и  температурой жидкости. Варьирование температуры жидкости приводит к изменению ее перегрева относительно линии фазового равновесия и задает интенсивность фазового перехода, скорость парообразования и возможность появления твердой фазы при адиабатическом расширении и охлаждении среды в расширяющейся части сопла. Оптимальные режимы течения и парообразования при адиабатическом расширении жидкостей в соплах с максимальным выходом пара в зависимости от температуры жидкости, перепада давления, формы дросселирующего устройства могут быть найдены путем проведения физических и численных экспериментов. Для описания течения вскипающей жидкости применяется  односкоростная двухтемпературная с двумя давлениями модель двухфазного течения Иорданского-Когарко-Вингардена. Система включает в себя уравнения движения несущей среды в эйлеровых координатах и уравнения, описывающие динамику паровых пузырьков в лагранжевых координатах. Для описания движения несущей фазы применяется система уравнений Навье-Стокса с реалистичным уравнением состояния, в которой учитывается обмен массой, импульсом и энергией между жидкостью и ее паром. Система уравнений включает в себя уравнение неразрывности, уравнения сохранения  составляющих импульса и уравнение сохранения полной энергии несущей фазы. Правая часть системы содержит слагаемые, учитывающие межфазный обмен массой, импульсом и энергией. В качестве уравнения неразрывности берется уравнение для средней плотности несущей фазы. Динамика дисперсной фазы описывается системой уравнений, которая решается на лагранжевой стадии метода. В систему входит уравнение Рэлея- Ламба для радиуса пузырька и уравнения для давления  и температуры пара. Система уравнений записывается в обобщенных криволинейных координатах и решается неявным конечно-разностным методом Стегера-Уорминга с факторизацией пространственного оператора и пригодна для описания различных структурных форм многофазного потока.  Такие течения могут  сопровождаться как  охлаждением жидкости при ее расширении и испарении, так  и нагревом в зоне конденсации. При описании динамики парогазокапельного течения на основе неравновесной модели учитывающей кинетику испарения-конденсации предполагается, что среда сжимаемая, вязкая и теплопроводная, скоростное скольжение фаз отсутствует. При этих допущениях  применима односкоростная модель двухфазной среды, включающая в себя уравнения неразрывности для пара, средней плотности капель и смеси в целом, уравнения сохранения составляющих импульса и полной энергии, а также уравнения кинетики фазовых переходов. Наряду с неравновесной моделью течения парогазокапельных смесей в каналах переменного сечения, используется равновесная модель, основанная на предположении о том, что при отклонении системы от равновесия, происходит испарение жидкости или конденсация пара, при которых давление смеси мгновенно возвращается на кривую равновесия. Из этого условия определяется равновесная плотность и температура смеси. Динамика дисперсных смесей в нелинейных волновых полях исследуется на основе численного решения системы уравнений полидисперсной многоскоростной и многотемпературной газовзвеси со скоростным и температурным скольжением фаз. Системы уравнений записываются в обобщенных криволинейных координатах и решаются явным методом Мак-Кормака с расщеплением по пространственным направлениям и со схемой нелинейной коррекции. Экспериментальные исследования гидродинамики потоков и условий теплоотдачи рабочих тел в каналах с интенсификаторами теплообмена проводились с использованием научного оборудования кафедры ТиЭМ КНИТУ-КАИ, а также УНУ «Научно-метрологический центр КАИ».

При работе над проектом была разработана математическая модель и выполнено математическое моделирование динамики полидисперсных газовзвесей на основе многоскоростной многотемпературной модели в двумерной постановке, описаны результаты моделирования течения коагулирующих полидисперсных газовзвесей в каналах при волновом воздействии на поток.

Для описания течения парогазокапельной смеси в диффузоре сопла-парогенератора была разработана математическая модель и выполнено математическое моделирование течения парогазокапельной смеси на основе односкоростной однотемпературной модели в диффузионном приближении в двумерной постановке в соплах Лаваля при различных расходах, температурах, перепадах давления и массовых концентрациях компонентов (пар, газ, мелкие капли жидкости).

Для описания начальной стадии работы сопла в различных режимах была разработана  математическая модель и выполнено математическое моделирование динамики вскипающей жидкости в каналах переменного сечения на основе односкоростной двухтемпературной модели пузырьковой жидкости с двумя давлениями.

 Численно исследовалось течение двухфазной среды при разрушении струи жидкости в окрестности минимального сечения с переходом к парогазокапельному потоку в диффузорной части сопла с учетом кинетики фазовых переходов.

Экспериментально  исследовались условия теплоотдачи при кипении рабочих тел в каналах с шероховатыми поверхностями.

На основе математической модели парогазокапельной смеси численно моделировались течения в парогенераторах и центробежных сепараторах при различных расходах, температурах, перепадах давления и массовых концентрациях компонентов смеси.