ВЕРИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТА РАНКА-ХИЛША

К. В. Сухарев, К. А. Дияров, М. И. Насырова, В. К. Бердин, А. А. Еникеева

Аннотация


Вихревые трубы применяются в процессах подготовки и переработки природного газа, попутного нефтяного газа, а также при производстве метилового спирта и ацетилена.

Выбор оптимальных конструкций и геометрических параметров вихревых труб осуществляется с помощью проведения физических экспериментов. Наряду с физическими экспериментами выбор оптимальных геометрических параметров может осуществляться при помощи математического моделирования в современных пакетах вычислительной гидродинамики (англ. computational fluid dynamics (CFD)), таких как ANSYS FLUENT. Математическое моделирование экономит время и средства при проработке разных конструктивных решений и позволяет выбрать оптимальные геометрические размеры и конструкцию вихревой трубы. Проведение любого численного исследования нужно начинать с решения тестовой задачи, т.е. такой задачи, для которой известны экспериментальные данные или аналитическое решение из ранних и достоверных источников. При решении тестовой задачи проводятся настройка и верификация (проверка на физическую адекватность) математической модели.

В статье описана математическая модель вихревой трубы, позволяющая выбрать оптимальную конструкцию и оптимизировать геометрические параметры вихревой трубы. Для верификации математической модели вихревой трубы была создана экспериментальная установка, позволяющая измерять основные параметры потоков вихревой трубы: температуру, массовый расход и давление. На данной установке проведена серия экспериментов, в которой изменялась относительная доля холодного потока μ от 0,1 до 1 при избыточном давлении на входе в вихревую трубу, равном 120 кПа. Полученные экспериментальные результаты сравнивались с результатами математического моделирования в CFD-комплексе ANSYS Fluent.

Сравнение результатов натурного эксперимента и математического моделирования показывает их хорошую сходимость и подтверждает адекватность описанной математической модели. Данная математическая модель позволяет проводить многофакторное исследование эффекта Ранка-Хилша в вихревых трубах различных конструкций.


Ключевые слова


computational fluid dynamics;experiment;mathematical modeling;verification;vortex tube;верификация;вихревая труба;вычислительная гидродинамика;математическое моделирование;эксперимент

Полный текст:

PDF

Литература


Юрченко Д.Д. Численное моделирование течения в вихревой трубе с использованием ANSYS Fluent // ANSYS Advantage. Русская редакция: инженерно-технический журнал. М., 2009. № 11. С. 35-37.

Зиганшин А.М. Вычислительная гидродинамика. Постановка и решение задач в процессоре Fluent. Казань: Изд-во Казанск. гос. архитект.-строит. ун-та, 2013. 79 с.

Пиралишвили Ш.А., Поляев В.М., Сергеев М.Н. Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения. М.: УНПЦ «Энергомаш», 2000. 414 с.

Пиралишвили Ш.А. Вихревой эффект. М.: Научтехлитиздат, 2013. Т. 1: Физическое явление, эксперимент, теоретическое моделирование. 343 с.

ГОСТ 8.586.3-2005. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Сопла и сопла Вентури. Технические требования. М.: Стандартинформ, 2007. 32 с.

Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение, 1969. 184 с.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ogbus-2018-2-43-64

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.