Численное моделирование влияния вдува газа на эффективность работы устройства без-машинного энергоразделения
https://doi.org/10.7463/aplts.0616.0852137
Аннотация
Представленная статья рассматривает численное моделирование устройства газодинамического безмашинного энергоразделения с внутренней пористой трубой. Полученные результаты показывают, что эффективность устройства газодинамического безмашинного энергоразделения в случае перепуска газа падает (на 3-5 %) при перепуске до 30 %. Отсюда следует, что потеря тепловой эффективности из-за вдува более холодного воздуха превалирует над увеличением теплового потока за счет уменьшения коэффициента восстановления, когда увеличивается разность температур между сверхзвуковым и дозвуковым потоками. Таким образом, использование перепуска (пористой стенки) для улучшения работы устройства нецесообразно.
Также получено, что в устройстве газодинамического безмашинного энергоразделения эффект может меняет “знак”: сверхзвуковой поток – охлаждается, а дозвуковой – нагревается.
Также численное моделирование показало хорошее совпадение с аналитическим решением при ламинарном режиме течения. Показано, что в случае ламинарного режима течения эффективность устройства газодинамического безмашинного энергоразделения может быть значительно выше, но реализовать это достаточно сложно.
Об авторах
К. С. Егоров
МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва;
Институт Механики МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва
Россия
Россия
Л. В. Степанова
МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва
Россия
Россия
К. С. Рогожинский
МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва;
Институт Механики МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва
Россия
Россия
Список литературы
1. Бурцев С.А., Леонтьев А.И. Исследование влияния диссипативных эффектов на температурную стратификацию в потоках газа (обзор) // Теплофизика высоких температур. 2014. Т. 52. № 2. С. 310-322. DOI: 10.7868/S0040364413060069
2. Леонтьев А.И., Бурцев С.А., Визель Я.М., Чижиков Ю.В. Экспериментальное исследование газодинамической температурной стратификации природного газа // Газовая промышленность. 2002. № 11. С. 72-75.
3. Бурцев С.А. Исследование температурного разделения в потоках сжимаемого газа: дис. ... канд. техн. наук. М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2001. 124 с.
4. Бурцев С.А. Исследование устройства температурной стратификации при работе на природном газе // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2004. № 9. С.1-21. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/516097.html (дата обращения 01.09.2016). DOI: 10.7463/0904.0516097
5. Бурцев С.А. Исследование работы устройства температурной стратификации на воде и природном газе // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2005. № 5. С.1-20. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/529473.html (дата обращения 01.09.2016). DOI: 10.7463/0505.0529473
6. Здитовец А.Г., Титов А.А. Экспериментальное исследование газодинамического метода безмашинного энергоразделения воздушных потоков // Тепловые процессы в технике. 2013. № 9. С. 391-397.
7. Здитовец А.Г., Виноградов Ю.А., Стронгин М.М. Экспериментальное исследование температурной стратификации воздушного потока, протекающего через сверхзвуковой канал, с центральным телом в виде пористой проницаемой трубки // Известия Российской Академии наук. Механика жидкости и газа. 2013. № 5. С. 134-145.
8. Виноградов Ю.А., Егоров К.С., Попович С.С., Стронгин М.М. Исследование тепломассообмена на проницаемой поверхности в сверхзвуковом пограничном слое // Тепловые процессы в технике. 2010. № 1. С. 7-9.
9. Клюквин А.Д. Анализ физической адекватности численного расчета коэффициента восстановления температуры при различных вариантах постановки задачи // Аэрокосмический научный журнал. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2016. № 2. С. 16 - 29. Режим доступа: http:// http://aerospjournal.ru/doc/837915.html (дата обращения 01.09.2016). DOI: 10.7463/aersp.0216.0837915
10. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача: Учебник для вузов. 3-е изд. М.: Энергия, 1975. 488 с.
11. Кутатетеладзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассобмен и трение в турбулентном пограничном слое. М.: Энегоатомиздат, 1985. 318 с.
12. Леонтьев А.И., Вигдорович И. И. Энергоразделение газов с малыми и большими числами Прандтля // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2013. № 6. С. 117 - 134.
13. Tournier J.-M., El-Genk M.S. Properties of noble gases and binary mixtures for closed Brayton cycle applications // Energy Conversion and Management. 2008. Vol. 49. Iss.3. Pp. 469–492. DOI: 10.1016/j.enconman.2007.06.050
14. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости: пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1984. 150 c. [Patankar S.V.Numerical heat transfer and fluid flow. Wash.: Hemisphere Publ. Corp.; N.Y.: McGraw-Hill, 1980. 197 p.].
15. Егоров К.С., Рогожинский К.С. Численное моделирование влияния числа Прандтля газа и схемы течения на эффективность работы устройства безмашинного энергоразделения // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 10. С. 21-35. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/814490.html (дата обращения 01.09.2016). DOI: 10.7463/1015.0814490
16. Бурцев С.А., Кочуров Д.С., Щеголев Н.Л. Исследование влияния доли гелия на значение критерия Прандтля газовых смесей // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 5. С.314-329. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/710811.html (дата обращения 01.09.2016). DOI: 10.7463/0514.0710811
17. Поляев В.М., Майоров В.А., Васильев Л.Л. Гидродинамика и теплообмен в пористых элементах конструкций летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1988. 168 с.
18. Белов И.А., Исаев С.А. Моделирование турбулентных течений: Учебное пособие. СПб.: Изд-во Балт. гос. техн. ун-та, 2001. 108 с.
19. McEligot D.M.,Taylor M.F. The turbulent Prandtl number in the near-wall region for low-Prandl-number gas mixtures // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1996. Vol. 39. No.6. Pp. 1287–1295. DOI: 10.1016/0017-9310(9500146-8)
Рецензия
Для цитирования:
Егоров К.С., Степанова Л.В., Рогожинский К.С. Численное моделирование влияния вдува газа на эффективность работы устройства без-машинного энергоразделения. Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. 2016;(6):38-54. https://doi.org/10.7463/aplts.0616.0852137
For citation:
Egorov K.S., Stepanova L.V., Rogozhinsky K.S. Numerical Simulation of Gas Injection Impact on the Non-Machine Energy Separation Device. Machines and Plants: Design and Exploiting. 2016;(6):38-54. (In Russ.) https://doi.org/10.7463/aplts.0616.0852137
Просмотров: 356
Послать статью по эл. почте 