Математическое и численное моделирование нестационарных течений с фазовыми переходами в противоточных теплообменных аппаратах

Обсуждаются проблемы математического и численного моделирования нестационарных процессов тепло- и массопереноса в противоточных теплообменных аппаратах с фазовыми переходами в теплоносителях. Рассматривается одномерная постановка задачи с пространственно-распределёнными параметрами потоков (температура, плотность, скорость, коэффициент теплопередачи). Предложен метод выделения двухфазной зоны парожидкостного состояния и метод расчёта ее параметров. Приводятся примеры численного моделирования для конкретного теплообменного аппарата с теплоносителями в виде воздуха и жидкого кислорода, который в процессе течения закипает. Показано влияние коэффициента теплопередачи на протяженность зоны кипения, что в свою очередь оказывает существенное влияние на процесс теплопереноса и, соответственно, на распределение температур в потоках теплоносителей. В конечном итоге это существенно отражается на работе теплообменного аппарата.

Ключевые слова

математическое моделирование; численное моделирование; фазовый переход, противоточный теплообменный аппарат; коэффициент теплопередачи.

Литература

1. Миненко, А.С. Приближенный анализ конвективной задачи Стефана / А.С. Миненко, Е.В. Радевич // Информатика и кибернетика. - 2017. - № 3(9). - С. 100-105.
2. Кот, В.А. Новый подход в приближенном решении задачи Стефана с конвективным граничным условием / В.А. Кот // Доклады Национальной академии наук Беларуси. - 2020. - T. 4, № 4. - C. 495-505.
3. Толстых, В.К. Математическое моделирование нестационарных тепловых процессов в противоточных теплообменных аппаратах / В.К. Толстых, К.А. Пшеничный // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. - 2020. - № 51. - C. 55-62.
4. Батерворс, Д. Теплопередача в двухфазном потоке / Д. Батерворс, Г. Хьюитт. - М.: Энергия, 1980.
5. Кутателадзе, С.С. Теплопередача при конденсации и кипении / С.С. Кутателадзе. - М.: Мешгиз, 1952.
6. Григорьев, В.А. Тепло- и массообменные аппараты криогенной техники / В.А. Григорьев, Ю.И. Крохин. - М.: Энергоиздат, 1982.
7. Алексеев, В.П. Расчет и моделирование аппаратов криогенных установок / В.П. Алексеев, Г.Е. Вайнштейн, П.В. Герасимов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1987.
8. Крейт, Ф. Основы теплопередачи / Ф. Крейт, У. Блек. - М.: Мир, 1983.
9. Баскаков, А.П. Теплотехника / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
10. Волков, М.Г. Методика расчета течения нефтеводогазовых смесей в стволе вертикальной скважины / М.Г. Волков // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2017. - № 3. - С. 9-42.
11. Ивашнев, О.Е. Об особенностях моделирования течений кипящей жидкости / О.Е. Ивашнев // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. - 2008. - № 3. - С. 64-76.
12. Самарский, А.А. Теория разностных схем / А.А. Самарский. - М.: Наука, 1977.
13. Бахвалов, Н.С. Численные методы / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков. - М.: Физматлит: Лаборатория базовых знаний, 2002.
14. Сычев, В.В. Термодинамические свойства кислорода / В.В. Сычев, А.А. Вассерман, А.Д. Козлов, Г.А. Спиридонов, В.А. Цымарный. - М.: Издательство стандартов, 1981.
15. Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н.Б. Варгафтик. - М.: Наука, 1972.