Материал: Гидрогазодинамика. учебное пособие. Муравьев А.В., Кожухов Н.Н

Рис. 5.18. Поле скоростей (с осерадиальными каналами охлаждения переменного сечения)

Рис. 5.19. Поле давлений (с осерадиальными каналами охлаждения переменного сечения)

110

Рис. 5.20. Поле температур (с осерадиальными каналами охлаждения переменного сечения)

Рис. 5.21. Поле скоростей (область с осерадиальными каналами охлаждения постоянного сечения и кольцевыми коллекторами)

111

Рис. 5.22. Поле давлений (область с осерадиальными каналами охлаждения постоянного сечения и кольцевыми коллекторами)

Рис. 5.23. Поле температур (область с осерадиальными каналами охлаждения постоянного сечения и кольцевыми коллекторами)

112

Исходя из анализа полученных гидродинамических картин течения балластировочной воды, было принято решение о наиболее предпочтительном варианте – с осерадиальными каналами охлаждения постоянного сечения и кольцевыми коллекторами. Такие каналы обладают наименьшим гидравлическим сопротивлением.

Кольцевые коллекторы обеспечивают равномерный сбор и распределение воды. Расположение каналов под углом к оси потока обеспечивает наилучшую степень смешения с парогазом.

5.4. Гидрогазодинамика и теплообмен высокоскоростного высокотемпературного потока в камере испарения парогенератора

Камера испарения парогенератора представлена на рис. 5.2. Принципиальная схема работы камеры испарения водородного парогенератора приведена на рис. 5.24.

Рис. 5.24. Камера испарения водородного парогенератора

Камера испарения предназначена для охлаждения продукта сгорания водорода в кислородной среде (парогаза) до температуры 1100 К. В камере испарения одновременно происходят несколько процессов: смешение высокоскоростного потока парогаза с охлаждающей водой, образование капель, дробление капель, испарение капель.

Рассматриваемую задачу разобьем на два этапа:

1 этап. Определение зоны дробления и критического диаметра капли; 2 этап. Расчет испарения капель воды в потоке пара и определение мак-

симальной длины зоны испарения.

Исследуемые физические процессы представляют особый интерес для моделирования с целью определения конструктивных и рабочих параметров камеры испарения. В силу сложности описания процессов гидродинамики дисперсного потока, осложненного тепломассопереносом, задача решается численным способом с применением методов вычислительной гидродинамики.

На первом этапе моделирования определяется длина зоны дробления капель воды в потоке парогаза. Длина зоны дробления определялась по стабилизации скорости, давления и интенсивности турбулентности. Порядок расчета аналогичен методике расчета каналов охлаждения сопла-распылителя.

113

Сначала необходимо построить область течения камеры испарения. Затем, используя сеточный генератор, построить сеточную модель.

Для построения регулярной сетки в данной задаче был использован автоматический генератор сеток (рис. 5.25). Характеристики: минимальный объем ячейки сетки 3,91∙10-20 м3; максимальный объем ячейки 2,8∙10-16 м3; полный объем ячеек 3,17∙10-12 м3; тип сетки – тетраэдальная; общее количество ячеек (объемов) 90526 шт.

Далее сеточная модель передается в решатель, после чего производится выбор настроек расчета и собственно решение поставленной краевой задачи.

Рис. 5.25. Фрагмент сетки во всем объеме расчетной области

Определение полей скоростей, давлений и параметров турбулентности адиабатного потока пара производилось в специализированном расчетном комплексе ASYS CFD, использующим двухпараметрические модели турбулентности.

При построении математической модели был принят ряд допущений:

-рабочий агент считается вязкой несжимаемой средой;

-теплофизические свойства потока принимаются постоянными и равными средним интегральным значениям в исследуемом интервале температур;

-на входе в расчетную область имеется полностью развитое течение с изотропной турбулентностью;

-течение газа в камере трехмерное стационарное;

-теплообмен с окружающей средой отсутствует;

Граничные условия:

- на входе в расчетную область задается постоянный расход: V r V0 ,

степень начальной турбулентности 5 %;

- на всех боковых поверхностях задаются условия прилипания ui r 0 и

адиабатности;

114