Исследование струйно-центробежной форсунки спринклерной системы методом вычислительного эксперимента на основе математической модели с учетом дисперсности среды


Авторы

Башарина Т. А.*, Шматов Д. П.**, Глебов С. Е.***, Акользин И. В.****

ООО НПП «ИнтерПолярис», Нововоронеж, Россия

*e-mail: ta@interpolyaris.ru
**e-mail: shmatov@inlerpolyaris.ru
***e-mail: glebovse@interpolyaris.ru, se_glebov@mail.ru
****e-mail: akolziniv@interpolyaris.ru

Аннотация

Спринклерные системы атомных станций являются одним из ключевых механизмов ликвидации последствий проектных аварий, что обуславливает высокие требования к разработке форсунок, входящих в состав спринклерных систем. В статье представлены результаты вычислительного эксперимента функционирования спринклерной форсунки в постановке сплошной среды с использованием морфологии Continuous fluid и дисперсной среды – Dispersed fluid. Для вычислительного эксперимента в постановке задачи с учетом дисперсности среды аналитическим методом определены средние размеры дисперсных частиц. В ходе исследований в широком диапазоне расходной характеристики был определен основной параметр спринклерной форсунки: угол распыла факела. Была проведена валидация результатов вычислительного эксперимента и исследовательских испытаний спринклерной форсунки, в результате чего была установлена высокая степень недостоверности в постановке сплошной среды, при относительной погрешности, достигающей 25 %, и высокая степень точности в постановке с дисперсностью среды с относительной погрешностью менее 3 % на каждой экспериментальной точке, что свидетельствует о возможности снижения затрат на разработку спринклерных систем и стендового оборудования путем замены натурных испытаний вычислительным экспериментом.

Ключевые слова:

спринклерная форсунка, численное моделирование, угол распыла, гидравлические испытания, локализующая система безопасности

Библиографический список

  1. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. — М.: Физматгиз, 1963. — 708 с.

  2. Егорычев В.С. Расчет и проектирование смесеобразования в камере ЖРД. — Самара: СГАУ, 2011. — 99 с.

  3. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. — М.: Машиностроение, 1992. — 662 с.

  4. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. – М.: Недра, 1982. – 224 с.

  5. Ashwani K. Gupta, D.G. Lilley, Nick Syred. Swirl Flows. Energy and engineering science series, Abacus Press, 1984, 475 p. DOI: 10.1016/0010-2180(86)90133-1

  6. Wei Zhou, Kai He, Jiannan Cai, Shaojie Hu, Jiuhua Li, Ruxu Du. Simulation and Experimental Study on Cavitating Water Jet Nozzle // IOP Conference Series Earth and Environmental Science, 2017, vol. 51. DOI: 10.1088/1755-1315/51/1/012006

  7. Zalkind V.I., Zeigarnik Yu. A., Nizovskiy V.L., Nizovskiy L.V., Schigel S.S. Superheated Water Atomization: Some New Aspects of Control and Determining Disperse Characteristics of Atomization Plume in Micron and Submicron Ranges of Droplet Size // Journal of Physics Conference Series, 2017, vol. 891. DOI: 10.1088/1742-6596/891/1/012011

  8. Семкин Е.В. Методика моделирования процесса течения жидкости в смесителе, состоящем из двух малорасходных центробежных форсунках // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2018. № 4. С. 141-154. DOI: 10.18287/2541-7533-2018-17-4-141-154

  9. Abbasalizadeha M., Jafarmadara S., Shirvanib H. The Effects of Pressure Difference in Nozzle’s two Phase Flow on the Quality of Exhaust Mixture // International Journal of Engineering, 2013, vol. 26, no. 5. DOI: 10.5829/idosi.ije.2013.26.05b.12

  10. Никитченко Ю.А. О целесообразности учета коэффициента объемной вязкости в задачах газовой динамики // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2018. № 2. С. 128-138. DOI: 10.7868/S0568528118020135

  11. Sadiki A., Repp S., Schneider C., Dreizler A., Janicka J. Numerical and experimental investigations of confined swirling combusting flows // Progress in Computational Fluid Dynamics, 2003, vol. 3, no. 2-4, pp. 78-88. DOI: 10.1504/PCFD.2003.003778

  12. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. – М.: Государственное изд-во физико-математической литературы, 1960. – 715 с.

  13. Дулов В.Г., Лукьянов Г.А. Газодинамика процессов истечения. – Новосибирск: Наука, 1984. – 235 с.

  14. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. – М.: Дрофа, 2003. – 846 с.

  15. Аникеев А.А., Молчанов А.М., Янышев Д.С. Основы вычислительного теплообмена и гидродинамика. – М.: МАИ, 2010. – 149 с.

  16. Молессон Г.В. Численное исследование растекания струи при ее нормальном падении // Труды ЦАГИ. 1988. № 2411. С. 30-41.

  17. Темнов А.Н., Шкапов П.М., Чжаокай Ю. Механический аналог колебаний маловязкой жидкости с учетом капиллярного эффекта // Труды МАИ. 2023. № 129. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=173024. DOI: 10.34759/trd-2023-129-12

  18. Сназин А.А., Шевченко А.В., Панфилов Е.Б. Исследование локальной адаптации сетки конечных элементов в задаче обтекания тела сверхзвуковым потоком // Труды МАИ. 2022. № 125. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=168165. DOI: 10.34759/trd-2022-125-06

  19. Бакланов А.В., Краснов С.Д., Гараев А.И. Исследование параметров факела за форсункой со струйной и закрученной подачей топлива // Труды МАИ. 2020. № 113. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=117960. DOI: 10.34759/trd-2020-113-03

  20. Бакланов А.В., Макаров Г.Ф., Васильев А.А., Нуждин А.А. Влияние изменения геометрии газовой форсунки на угол распространения топливной струи // Труды МАИ. 2019. № 104. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=102105


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход