Numerical modeling of three dimensional time-dependent gas flow through porous objects with energy-releasing sources
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2016.9.3.27Keywords:
porous media, energy release, gas cooling, numerical modelingAbstract
The gas flow in the gravity field through porous objects with energy sources is investigated when the self-regulation of flow rate of the gas passing through the porous object takes place. In other words, in the investigated porous objects the gas pressure on the object borders is known, but the flow rate of the gas passing through the object is unknown a priori and has to be found from the solution of the problem. Such processes are typical for the heat sources in porous media, which result from natural or man-made disasters (like the exploded unit of the Chernobyl NPP). In the present work the mathematical model and the original numerical method, based on a combination of explicit and implicit finite difference schemes, have been developed for studying the time-dependent processes in the three-dimensional porous self-heating objects. The advantage of the numerical model is its ability to describe unsteady processes under both natural convection and forced filtration. Using computational experiment, the air cooling of porous three-dimensional objects with different heat distribution at a constant total energy release is studied. It is shown that among other factors the distribution of energy-releasing sources with fixed intensity in horizontal sections has an influence on the total heating of the object.
Downloads
References
Маслов В.П., Мясников В.П., Данилов В.Г. Математическое моделирование аварийного блока Чернобыльской АЭС. - М.: Наука, 1987. - 144 с.
2. Алдушин А.П., Мержанов А.Г. Теория фильтрационного горения: общие представления и состояние исследований // Распространение тепловых волн в гетерогенных средах / Под. ред. Ю.Ш. Матроса. - Новосибирск: Наука, 1988. - С. 9-52.
3. Маслов В.П., Молотков И.А. Условие отсутствия перегрева в реакторе, оценка критической константы // ДАН. - 2007. - Т. 415, № 4. - С. 475-477. DOI
4. Маслов В.П., Молотков И.А. Переход от стационарного охлаждения к перегреву в аварийном реакторе // ДАН. - 2008. - T. 418, № 4. - С. 482-485. DOI
5. Маслов В.П., Молотков И.А. Аварийный реактор в режиме перегрева // ДАН. - 2008. - Т. 421, № 4. - С. 482-485. DOI
6. Молотков И.А. Локализация тепловой энергии в аварийном реакторе в процессе его перегрева // ДАН. - 2008. - Т. 422, № 5. - С. 608-611. DOI
7. Маслов В.П., Молотков И.А. Высокотемпературные процессы в пористой среде // Теплофизика высоких температур. - 2009. - Т. 47, № 2. - С. 242-246. DOI
8. Луценко Н.А. Одномерный стационарный режим фильтрации газа через слой неподвижного тепловыделяющего конденсированного материала // Дальневосточный математический журнал. - 2002. - Т. 3, № 1. - С. 123-130.
9. Луценко Н.А. Нестационарные режимы охлаждения пористого тепловыделяющего элемента // Матем. моделирование. - 2005. - Т. 17, № 3. - С. 120-128.
10. Левин В.А., Луценко Н.А. Возникновение неустойчивых режимов охлаждения пористого тепловыделяющего элемента при докритических краевых условиях // Горение и плазмохимия. - 2005. - Т. 3, № 2. - С. 81-92.
11. Левин В.А., Луценко Н.А. Течение газа через пористую тепловыделяющую среду при учете температурной зависимости вязкости газа // Инженерно-физический журнал. - 2006. - Т. 79, № 1. - С. 35-40. DOI
12. Левин В.А., Луценко Н.А. Неоднозначное влияние теплопроводности при движении газа через пористые среды с очагами энерговыделения // ДАН. - 2015. - Т. 462, № 4. - C. 418-421. DOI
13. Теплицкий Ю.С., Ковенский В.И. Термомеханика тепловыделяющего зернистого слоя // Инженерно-физический журнал. - 2008. - Т. 81, № 4. - С. 637-645. DOI
14. Ковенский Г.И., Теплицкий Ю.С., Ковенский В.И. О свободной конвекции в тепловыделяющем зернистом слое // Инженерно-физический журнал. - 2010. - Т. 83, № 2. - С. 229-234. DOI
15. Теплицкий Ю.С., Ковенский В.И. О термомеханике тепловыделяющего слоя при переменном размере частиц // Инженерно-физический журнал. - 2011. - Т. 84, № 5. - С. 933-937. DOI
16. Левин В.А., Луценко Н.А. Численное моделирование двумерных нестационарных течений газа через пористые тепловыделяющие элементы // Вычислительные технологии. - 2006. - Т. 11, № 6. - С. 44-58.
17. Левин В.А., Луценко Н.А. Нестационарные течения газа через осесимметричные пористые тепловыделяющие объекты // Матем. моделирование. - 2010. - Т. 22, № 3. - С. 26-44. DOI
18. Левин В.А., Луценко Н.А. Движение газа через пористые объекты с неравномерным локальным распределением источников тепловыделения // Теплофизика и аэромеханика. - 2008. - Т. 15, № 3. - С. 407-417. DOI
19. Левин В.А., Луценко Н.А. Моделирование двумерных нестационарных течений газа в саморазогревающихся полигонах твердых бытовых отходов // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2011. - Т. 4, № 1. - С. 55-64. DOI
20. Lutsenko N.A. Numerical modeling of unsteady gas flow through porous heat-evolutional objects with partial closure of the object’s outlet // Int. J. Heat Mass Tran. - 2014. - Vol. 72. - pp. 602-608. DOI
21. Луценко Н.А., Мирошниченко Т.П., Одякова Д.С., Харитонов Д.И. Параллельная реализация алгоритма для расчета двумерных нестационарных течений газа через пористые объекты с источниками тепловыделения // Вычислительные технологии. - 2011. - Т. 16, № 2. - С. 98-110.
22. Луценко Н.А., Тарасов Г.В., Гырник К.А. OpenMP-версия параллельного алгоритма расчета нестационарных течений газа через пористые объекты с источниками энерговыделения: анализ и применение // СибЖВМ. - 2014. - Т. 17, № 3. - С. 229-244. DOI
23. Lutsenko N.A., Levin V.A. Effect of gravity field and pressure difference on heterogeneous combustion in porous media // Combust. Sci. Technol. - 2014. - Vol. 186, no. 10-11. - P. 1410-1421. DOI
24. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. - М.: Наука, 1978. - 336 с.
25. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: в 2-х т. - М.: Мир, 1990. - Т. 1. - 384 с.
###
Maslov V.P., Masnikov V.P., Danilov V.G. Matematiceskoe modelirovanie avarijnogo bloka Cernobyl’skoj AES. - M.: Nauka, 1987. - 144 s.
2. Aldusin A.P., Merzanov A.G. Teoria fil’tracionnogo gorenia: obsie predstavlenia i sostoanie issledovanij // Rasprostranenie teplovyh voln v geterogennyh sredah / Pod. red. U.S. Matrosa. - Novosibirsk: Nauka, 1988. - S. 9-52.
3. Maslov V.P., Molotkov I.A. Uslovie otsutstvia peregreva v reaktore, ocenka kriticeskoj konstanty // DAN. - 2007. - T. 415, No 4. - S. 475-477. DOI
4. Maslov V.P., Molotkov I.A. Perehod ot stacionarnogo ohlazdenia k peregrevu v avarijnom reaktore // DAN. - 2008. - T. 418, No 4. - S. 482-485. DOI
5. Maslov V.P., Molotkov I.A. Avarijnyj reaktor v rezime peregreva // DAN. - 2008. - T. 421, No 4. - S. 482-485. DOI
6. Molotkov I.A. Lokalizacia teplovoj energii v avarijnom reaktore v processe ego peregreva // DAN. - 2008. - T. 422, No 5. - S. 608-611. DOI
7. Maslov V.P., Molotkov I.A. Vysokotemperaturnye processy v poristoj srede // Teplofizika vysokih temperatur. - 2009. - T. 47, No 2. - S. 242-246. DOI
8. Lucenko N.A. Odnomernyj stacionarnyj rezim fil’tracii gaza cerez sloj nepodviznogo teplovydelausego kondensirovannogo materiala // Dal’nevostocnyj matematiceskij zurnal. - 2002. - T. 3, No 1. - S. 123-130.
9. Lucenko N.A. Nestacionarnye rezimy ohlazdenia poristogo teplovydelausego elementa // Matem. modelirovanie. - 2005. - T. 17, No 3. - S. 120-128.
10. Levin V.A., Lucenko N.A. Vozniknovenie neustojcivyh rezimov ohlazdenia poristogo teplovydelausego elementa pri dokriticeskih kraevyh usloviah // Gorenie i plazmohimia. - 2005. - T. 3, No 2. - S. 81-92.
11. Levin V.A., Lucenko N.A. Tecenie gaza cerez poristuu teplovydelausuu sredu pri ucete temperaturnoj zavisimosti vazkosti gaza // Inzenerno-fiziceskij zurnal. - 2006. - T. 79, No 1. - S. 35-40. DOI
12. Levin V.A., Lucenko N.A. Neodnoznacnoe vlianie teploprovodnosti pri dvizenii gaza cerez poristye sredy s ocagami energovydelenia // DAN. - 2015. - T. 462, No 4. - C. 418-421. DOI
13. Teplickij U.S., Kovenskij V.I. Termomehanika teplovydelausego zernistogo sloa // Inzenerno-fiziceskij zurnal. - 2008. - T. 81, No 4. - S. 637-645. DOI
14. Kovenskij G.I., Teplickij U.S., Kovenskij V.I. O svobodnoj konvekcii v teplovydelausem zernistom sloe // Inzenerno-fiziceskij zurnal. - 2010. - T. 83, No 2. - S. 229-234. DOI
15. Teplickij U.S., Kovenskij V.I. O termomehanike teplovydelausego sloa pri peremennom razmere castic // Inzenerno-fiziceskij zurnal. - 2011. - T. 84, No 5. - S. 933-937. DOI
16. Levin V.A., Lucenko N.A. Cislennoe modelirovanie dvumernyh nestacionarnyh tecenij gaza cerez poristye teplovydelausie elementy // Vycislitel’nye tehnologii. - 2006. - T. 11, No 6. - S. 44-58.
17. Levin V.A., Lucenko N.A. Nestacionarnye tecenia gaza cerez osesimmetricnye poristye teplovydelausie ob"ekty // Matem. modelirovanie. - 2010. - T. 22, No 3. - S. 26-44. DOI
18. Levin V.A., Lucenko N.A. Dvizenie gaza cerez poristye ob"ekty s neravnomernym lokal’nym raspredeleniem istocnikov teplovydelenia // Teplofizika i aeromehanika. - 2008. - T. 15, No 3. - S. 407-417. DOI
19. Levin V.A., Lucenko N.A. Modelirovanie dvumernyh nestacionarnyh tecenij gaza v samorazogrevausihsa poligonah tverdyh bytovyh othodov // Vycisl. meh. splos. sred. - 2011. - T. 4, No 1. - S. 55-64. DOI
20. Lutsenko N.A. Numerical modeling of unsteady gas flow through porous heat-evolutional objects with partial closure of the object’s outlet // Int. J. Heat Mass Tran. - 2014. - Vol. 72. - pp. 602-608. DOI
21. Lucenko N.A., Mirosnicenko T.P., Odakova D.S., Haritonov D.I. Parallel’naa realizacia algoritma dla rasceta dvumernyh nestacionarnyh tecenij gaza cerez poristye ob"ekty s istocnikami teplovydelenia // Vycislitel’nye tehnologii. - 2011. - T. 16, No 2. - S. 98-110.
22. Lucenko N.A., Tarasov G.V., Gyrnik K.A. OpenMP-versia parallel’nogo algoritma rasceta nestacionarnyh tecenij gaza cerez poristye ob"ekty s istocnikami energovydelenia: analiz i primenenie // SibZVM. - 2014. - T. 17, No 3. - S. 229-244. DOI
23. Lutsenko N.A., Levin V.A. Effect of gravity field and pressure difference on heterogeneous combustion in porous media // Combust. Sci. Technol. - 2014. - Vol. 186, no. 10-11. - P. 1410-1421. DOI
24. Nigmatulin R.I. Osnovy mehaniki geterogennyh sred. - M.: Nauka, 1978. - 336 s.
25. Anderson D., Tannehill Dz., Pletcer R. Vycislitel’naa gidromehanika i teploobmen: v 2-h t. - M.: Mir, 1990. - T. 1. - 384 s.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2016 Computational Continuum Mechanics
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
