Взбалтывание турбулентного потока
Вихревой турбулентный поток представляет собой двухфазный газ/жидкость режим потока , характеризующийся сильно взволнованным потоком, в котором газовые пузырьки имеют достаточное количество, чтобы взаимодействовать друг с другом и, взаимодействуя, сливаться, образуя более крупные искаженные пузырьки с уникальной формой и поведением. система. Такой режим течения создается при наличии большой газовой фракции в системе с высокой скоростью газа и низкой скоростью жидкости . Это важный режим потока для понимания и моделирования из-за его прогнозной ценности для ядерного реактора в корпусе кипящего потока .
Возникновение
[ редактировать ]Поток с небольшим количеством пузырьков называется идеально отделенным пузырьковым течением. Пузыри не взаимодействуют друг с другом. По мере увеличения количества пузырьков они начинают сталкиваться друг с другом. Тогда возникает ситуация, когда они имеют тенденцию сливаться с образованием пузырьков в шапке, и образовавшаяся новая картина течения называется турбулентным потоком. Пузырьки, возникающие в таком потоке, можно разделить на мелкие, крупные и искаженные. Маленькие пузырьки обычно имеют сферическую или эллиптическую форму и встречаются в основной концентрации после больших и деформированных пузырьков и вблизи стенок. В центральной части потока можно обнаружить крупные эллипсоидные или шапочные пузырьки, а также искаженные пузырьки с сильно деформированной границей раздела.
В промышленности часто встречается турбулентный поток. Типичный пример — кипящий поток в ядерных реакторах.
Численное моделирование течений столба пузырьков в турбулентном режиме вспенивания
[ редактировать ]Численное моделирование цилиндрических пузырьковых столбов, работающих в турбулентном режиме, было проведено с использованием подхода Эйлера-Эйлера, объединенного с моделью RNG k – ε для турбулентности жидкости. [ нужна ссылка ] . Было реализовано несколько подходов, включая моделирование пузырей одного размера, моделирование пузырей двойного размера и моделирование групп множественных размеров (MUSIG).
Составы с сохранением массы распада и скорости слияния . Составы с сохранением массы использовали при расчете распределения пузырьков по размерам. Для одноразмерного моделирования использовалась сила сопротивления Шиллера-Науманна, а для моделирования MUSIG сила сопротивления использовалась Исии-Зубера. Для модели пузыря двойного размера использовалась эмпирическая формулировка сопротивления. Результаты моделирования усредненной по времени осевой скорости и содержания газа, полученные с помощью трех моделей, сравнивались с экспериментальными данными, опубликованными в полученной литературе. После сравнения всех трех результатов становится совершенно ясно, что только модели MUSIG с некоторой подъемной силой могут воспроизвести измеренное радиальное распределение задержки газа в полностью развитом режиме потока. Неоднородная модель MUSIG дает немного лучший результат, чем другие модели, при прогнозировании осевой скорости жидкости. Для всех расчетов использовалась k-ε-модель RNG, и результаты показали, что эта версия k-ε-модели действительно обеспечивает сравнительно высокую скорость диссипации турбулентности и высокий уровень разрушения пузырьков и, следовательно, формируется рациональное распределение пузырьков по размерам. Здесь специальное манипулирование темпами распада было проигнорировано. Взаимные эффекты силы сопротивления, средних размеров пузырьков и характеристик турбулентности, глубокие с точки зрения результаты моделирования . Уменьшение относительной скорости между двумя фазами происходит из-за увеличения силы сопротивления, что может привести к уменьшению k и ε. Низкая скорость распада приводит к большому диаметру Заутера , который напрямую связан со скоростью диссипации турбулентности. Сила сопротивления напрямую зависит от изменения диаметра Заутера.
Ссылки
[ редактировать ]- Монтойя, Г.; Ляо, Ю.; Лукас, Д.; Креппер, Э. «Анализ и применение двухжидкостной многопольной гидродинамической модели для вихревых турбулентных потоков», 21-я Международная конференция по ядерной технике – ICONE 21 . Китай (2013)
- Монтойя, Г.; Бальетто, Э.; Лукас, Д.; Креппер, Э. «Обобщенный многопольный двухжидкостный подход к лечению многомасштабных межфазных структур в режимах с высокой долей пустот», MIT Energy Night 2013. Кембридж, Массачусетс, США (2013).
• Монтойя, Г.; Лукас, Д.; Креппер, Э.; Хэнш, С.; Бальетто, Э. Анализ и применение обобщенного многополевого двухжидкостного подхода для лечения многомасштабных межфазных структур в режимах с высокой долей пустот 2014 Международный конгресс по достижениям в области атомных электростанций – ICAPP 2014. США (2014 г.) • Монтойя, Г.; Бальетто, Э.; Лукас, Д.; Креппер, Э.; Хёне, Т. Сравнительный анализ режимов с высокой фракцией пустот с использованием многожидкостного подхода Эйлера-Эйлера и концепции обобщенного двухфазного потока (GENTOP) 22-я Международная конференция по ядерной энергетике – ICONE 22. Чехия (2014 г.)
- Монтойя, Г.; Бальетто, Э.; Лукас, Д.; Креппер, Э.
Разработка и анализ обобщенной многопольной модели CMFD для рассмотрения различных межфазных масштабов в турбулентных и переходных потоках CFD4NRS-5 – Применение кодов CFD/CMFD к проектированию безопасности ядерных реакторов и их экспериментальная проверка. Швейцария (2014)
- https://www.hzdr.de/db/!Publications?pSelTitle=18077&pSelMenu=-1&pNid=3016
- Шуйцин Чжань, Мао Ли, Цземинь Чжоу, Цзяньхун Ян Ивэнь Чжоу Прикладная теплотехника 2014, 73, 803–816 [CrossRef]
- ТТ ДевиБ. Кумар Теплофизика и аэромеханика 2014, 21, 365–382 [CrossRef]
- РМА Масуд А. Delgado Chemical Engineering Science 2014, 108, 154–168 [CrossRef]
- ×М. Пуртуси, Дж. Н. СахуП. Ganesan Chemical Engineering and Processing: Intensification Process 2014, 75, 38–47 [CrossRef]
- ^ • Лицзя Сюй, Цзихун Ся, Сяофэн Го и Цайся Чен, Industrial & Engineering Chemistry Research, 2014, 53 (12), 4922-4930 [Полный текст ACS] [PDF (1741 КБ)] [PDF со ссылками (526 КБ) ]