Численное моделирование трехмерных нестационарных течений газа через пористые объекты с источниками энерговыделения
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2016.9.3.27Ключевые слова:
пористые среды, энерговыделение, газовое охлаждение, численное моделированиеАннотация
Исследуются течения газа в поле силы тяжести через пористые объекты с источниками энерговыделения при саморегуляции расхода проходящего через объект газа, то есть когда задано давление на границах пористого объекта, а расход проходящего через него газа заранее неизвестен и должен находиться в результате решения задачи. Такие процессы в пористых средах характерны для очагов тепловыделения, возникающих в результате природных или техногенных катастроф (подобно аварийному энергоблоку Чернобыльской АЭС). В настоящей работе для описания нестационарных процессов в пористых саморазогревающихся трехмерных объектах предложена математическая модель и разработан оригинальный численный метод, основанный на комбинации явных и неявных конечно-разностных схем. Достоинством численной модели является её возможность рассчитывать нестационарные процессы в условиях как принудительной фильтрации, так и естественной конвекции. Посредством вычислительного эксперимента проведено изучение воздушного охлаждения пористых трехмерных объектов с различным распределением очагов тепловыделения при постоянном суммарном выделении энергии и показано, что в числе других факторов на общий разогрев объекта влияет также распределение в его горизонтальном сечении источников энерговыделения заданной интенсивности.
Скачивания
Библиографические ссылки
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.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2016 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
