Рост давления при нестационарной естественной конвекции паров водорода в вертикальном цилиндрическом сосуде с постоянной температурой нижней границы


Авторы

Черкасов С. Г.*, Лаптев И. В.**, Ананьев А. В.***, Городнов А. О.****

Исследовательский центр имени М.В. Келдыша, ГНЦ Центр Келдыша, Онежская ул., 8, Москва, 125438, Россия

*e-mail: sgcherkasov@yandex.ru
**e-mail: laptev@kerc.msk.ru
***e-mail: anatoly.v.ananyev@gmail.com
****e-mail: an.ol.gorodnov@gmail.com

Аннотация

Рассмотрена задача о естественной конвекции газа в замкнутом прямом цилиндре с изотермической нижней границей, равномерно подогреваемом сбоку и сверху. Созданный ранее численный метод адаптирован на случай осесимметричной геометрии. Продемонстрирована его сеточная сходимость. Проведено расчетное и теоретическое исследование влияния интенсивности конвекции и отношения высоты цилиндра к радиусу на рост давления в емкости.

Ключевые слова:

ламинарная естественная конвекция, нестационарная конвекция, гомобаричность, идеальный газ, приближение Буссинеска, приближение малых чисел Маха, прямой цилиндр, бездренажное хранение

Библиографический список

  1. Belyaev 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 // Proc. Int. Aerospace Congress. Moscow. Russia. August 15-19. 1994. V. 1. P. 558-562.

  2. Van Dresar N.T., Lin C.S., Hasan M.M. Self-pressurization of a flightweight liquid hydrogen tank: Effect of fill level at low wall heat flux // AIAA Paper-92-0818. 1992.

  3. Technical report HSM-R421-67, Evaluation of AS-203 low gravity orbital experiment. Contract NAS8-4016. Chrysler corporation. Space division. 1967.

  4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Том IV. Гидродинамика. М.: Наука, 1986.

  5. Полежаев В.И., Черкасов С.Г. Нестационарная тепловая конвекция в цилиндрическом сосуде при боковом подводе тепла // Известия АН СССР. МЖГ. 1983. № 4. С. 148-157.

  6. Черкасов С.Г. Естественная конвекция в вертикальном цилиндрическом сосуде при подводе тепла к боковой и свободной поверхностям // Известия АН СССР. МЖГ. 1984. № 6. С. 51-56.

  7. Войтешонок B.C., Черкасов С.Г. Автомодельный режим тепловой стратификации при естественной конвекции в емкостях // Известия АН СССР. МЖГ. 1989. № 5. С. 19-24.

  8. Моисеева Л.А., Черкасов С.Г. Математическое моделирование естественной конвекции и теплообмена в криогенном топливном баке с захолаживающим теплообменником // Известия РАН. МЖГ. 1997. № 3. C. 39-46.

  9. Черкасов С.Г., Ананьев А.В., Миронов В.В., Моисеева Л.А. Температурное расслоение в вертикальной цилиндрической емкости с турбулентным свободноконвективным пограничным слоем // Известия РАН. Энергетика. 2016. № 4. С. 137-146.

  10. Gray D.D., Giorgini A. The validity of the boussinesq approximation for liquids and gases // Int. J. Heat Mass Transfer. 1976. V. 19. P. 545-551.

  11. Лапин Ю.В., Стрелец М.Х. Внутренние течения газовых смесей. М.: Наука, 1989. 368 с.

  12. 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.

  13. Нигматулин Р.И., Хабеев Н.С. Динамика паровых пузырьков // Известия АН СССР. МЖГ. 1975. № 3. С. 59-67.

  14. Хабеев Н.С. К вопросу об использовании гомобарич- ности в динамике пузырьков // Известия РАН. МЖГ. 2010. № 2. С. 47-50.

  15. Hyunik Yang, Desyatov A.V., Cherkasov S.G., McConnell D.B. On the fulfillment of the energy conservation law in mathematical models of evolution of single spherical bubble // Int. J. Heat Mass Transfer. 2008. V. 51. P. 3623. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.10.013

  16. Десятов А.В., Ильмов Д.Н., Кубышкин А.П., Черкасов С.Г. Математическое моделирование эволюции одиночного сферического парового пузырька на основе гомобарической модели // Теплофизика высоких температур. 2011. Т. 49. № 3. С. 436-443.

  17. Ильмов Д.Н., Черкасов С.Г. Теплофизические процессы при сжатии парового пузырька в жидком углеводороде на основе гомобарической модели // Теплофизика высоких температур. 2012. Т. 50. № 5. С. 676-684.

  18. Черкасов С.Г., Миронов В.В., Тлевцежев В.В. Теоретическое исследование нестационарного теплообмена в замкнутом газовом объеме при отсутствии массовых сил // Известия РАН. Энергетика. 2012. № 4. С. 139-150.

  19. Черкасов С.Г. Ламинарный свободно-конвективный пограничный слой в сжимаемом газе // Докл. РАН. 1995. T. 343. № 5. C. 625-626.

  20. Chenoweth D.R., Paolucci S. Natural convection in an en­closed vertical air layer with large horizontal temperature difference // J. Fluid Mech. 1986. V. 169. P. 173-210. DOI: https://doi.org/10.1017/S0022112086000587

  21. Никулин Д.А., Стрелец М.Х. Численное моделирование нестационарной естественной конвекции однородного сжимаемого газа в замкнутой неадиабатической области // ТВТ. 1984. Т. 22. С. 906-912.

  22. Черкасов С.Г., Лаптев И.В. Упрощенный расчет ламинарного свободно-конвективного слоя в газе // Тепловые процессы в технике. 2017. Т. 9. № 4. С. 146-153.

  23. Черкасов С.Г., Лаптев И.В., Ананьев А.В., Город-нов А.О. Ламинарная естественная конвекция газа в замкнутой квадратной области // Тепловые процессы в технике. 2018. Т. 10. № 5-6. С. 182-191.

  24. Cherkasov S.G., Anan’ev A.V., Moiseeva L.A. Limitations of the boussinesq model on the example of laminary natural convection of gas between vertical isothermal walls // High Temperature. 2018. V. 56. N 6. P. 878-883. DOI: https://doi.org/10.1134/S0018151X18060081

  25. 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. № 4. С. 970-976.

  26. 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 РАН. Энергетика. 2012. № 4. C.155-163.

  27. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972.

  28. Qu’er’e P.L. Modelling of natural convection flows with large temperature differences: a benchmark problem for low mach number solvers. Part 1, Reference solutions // ESAIM: Mathematical modelling and numerical analysis. 2005. V. 39. N 3, P. 609-616.

  29. Городнов А.О., Лаптев И.В., Черкасов С.Г. Моделирование естественной конвекции сжимаемого газа в замкнутой области // Сборник тезисов юбилейной конференции Национального комитета РАН по тепло- и массообмену «Фундаментальные и прикладные проблемы тепломассообмена» и «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках». Издательский дом МЭИ. 2017. Т. 1. С. 103-104.

  30. Ferziger J.H., Peric М. Computational methods for fluid dynamics. Springer, 2002. 423 p.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024