Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)


Для цитирования:

Снигерев Б. А. Влияние пузырьков на структуру течения и трение в восходящем турбулентном газожидкостном потоке // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Математика. Механика. Информатика. 2019. Т. 19, вып. 2. С. 182-195. DOI: 10.18500/1816-9791-2019-19-2-182-195

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
28.05.2019
Полный текст:
(downloads: 88)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
536.423:532.52

Влияние пузырьков на структуру течения и трение в восходящем турбулентном газожидкостном потоке

Авторы: 
Снигерев Борис Александрович, Институт механики и машиностроения Казанского научного центра РАН
Аннотация: 

В работе представлены результаты расчетного исследования локальной структуры восходящего газожидкостного потока в вертикальной трубе. Математическая модель основана на использовании двух жидкостного эйлерова подхода с учетом обратного влияния пузырьков на осредненные характеристики и турбулентность несущей фазы. Записываются уравнения сохранения массы и количества движения в виде уравнений Навье–Стокса, осредненных по Рейнольдсу для каждой фазы. Для турбулентных напряжений записываются соотношения в предположении гипотезы Буссинеска. Турбулентная вязкость для несущей жидкой фазы определяется с использованием двух параметрической модели турбулентности, модифицированной для двухфазных сред. В уравнения для переноса кинетической энергии турбулентности и ее диссипации вводятся дополнительные слагаемые для кинетической энергии, вызванные пульсациями пузырьков. Движение дисперсной фазы определяется действием сил межфазного взаи- модействия. В качестве основных сил рассматриваются следующие компоненты: сила Архимеда, сила сопротивления, присоединенная сила, вращательная сила Магнуса, пристеночная сила. Для описания распределения пузырьков по размерам в двух фазном потоке записывается уравнение для сохранения количества частиц, учитывающее процессы коалесценции и дробления. Для решения уравнения сохранения количества пузырьков применяется подход, основанный на методефракций.Спектр распределения частиц по размерам делится на ряд фракций с фикcированными границами, при этом предполагается возможность обмена пузырьками между разными фракциями в результате коалесценции и дробления. В рамках этого метода распределение пузырьков по размерам аппроксимируется кусочно-равновероятным распределением, таким образом, задача описания спектра капель по размерам сводится к решению уравнений для объемных концентраций отдельных фракций. Численно исследовановлияние изменения степени дисперсности газовой фазы, объемного расходного газосодержания, скорости дисперсной фазы на локальную структуру и поверхностное трение в двухфазном потоке. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными показало, что разработанный подход позволяет адекватно описывать турбулентные газожидкостные течения в широком диапазоне изменения газосодержания и начальных размеров пузырьков.

Список источников: 
  1. Броунштейн Б. И., Щеголев В. В. Гидродинамика, массо-теплообмен в колонных аппаратах. Л. : Химия, 1988. 336 с.
  2. Баттерворс Д., Хьюитт С. Теплопередача в двухфазном потоке. М. : Энергия, 1980. 328 c.
  3. Нигматулин Р. И. Основы механики гетерогенных сред. М. : Наука, 1978. 336 c.
  4. Бурдуков А. П., Валукина Н. В., Накоряков В. Е. Особенности течения газожидкостной пузырьковой смеси при малых числах Рейнольдса // ПМТФ. 1975. № 4. С. 137–141.
  5. Тарасова Н. В., Леонтьев А. И. Гидравлическое сопротивление при течении пароводяной смеси в обогреваемой вертикальной трубе // ТВТ. 1965. Т. 3, № 1. С. 115–123.
  6. Ганчев Б. Г., Пересадько В. Г. Процессы гидродинамики и теплообмена в опускных пузырьковых потоках // ИФЖ. 1985. Т. 49, № 2. С. 181–189.
  7. Горелик Р. С., Кашинский О. Н., Накоряков В. Е. Исследование опускного пузырькового течения в трубе // ПМТФ. 1987. № 1. С. 69–74.
  8. Kashinsky O. N., Lobanov P. D., Pakhomov M. A. Experimental and numerical study ofdownward bubbly flow in a pipe // Int. J. Heat Mass Transfer. 2006. Vol. 49. P. 3717–3722. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.02.004
  9. Зайчик Л. И, Мукин Р. В., Мукина Л. С., Стрижов В. Ф. Развитие диффузионно-инерционной модели для расчета пузырьковых турбулентных течений. Изотермическое полидисперсное турбулентное течение в вертикальной трубе // ТВТ. 2012. Т. 50, № 5. С. 665–675. DOI: https://doi.org/10.1134/s0018151x12040220
  10. Пахомов М. А., Терехов В. И. Моделирование турбулентной структуры течения в восходящем полидисперсном газожидкостном потоке // Изв. РАН. МЖГ. 2015. № 2. С. 83–89.
  11. Pfleger D., Gomes S., Wagner G. H., Gilbert N. Hydrodynamics simulations of laboratory scale bubble columns: fundamentals studies on the eulerian-eulerian modeling approach // Chem. Eng. Sci. 1999. Vol. 54, № 4. P. 5091–5095. DOI: https://doi.org/10.1016/s0009-2509(99)00261-4
  12. Sato Y., Sadatomi M., Sekoguchi K. Momentum and heat transfer in two-phase bubble flow-I. Theory // Int. J. Multiphase Flow. 1981. Vol. 7. P. 167–177. DOI: https://doi.org/10.1016/0301-9322(81)90003-3
  13. Luo H., Svendsen H. Theoretical model for drop and bubble breakup in turbulent dispersions // AIChE. J. 1996. Vol. 46. P. 1225–1231. DOI: https://doi.org/1024/aic.712452004
  14. Prince M. J., Blanch H. W. Bubble coalescence and break-up in air sparged bubble columns // AIChE. J. 1990. Vol. 36. P. 1485–1489. DOI: https://doi.org/1002/aic.690361004
  15. Muller-Steinhagen H., Heck K. A simple friction pressure drop correlation for two-phase flow in pipes // Chem. Eng. Prog. 1986. Vol. 26. P. 297–308. DOI: https://doi.org/10.1016/0255-2701(86)80008-3
  16. Weller N. G., Tabor G., Jasak H. A tensorial approach to computational continuum mechanics using object oriented tecniques // Computers in Physics. 1998. Vol. 12. P. 620– 624. DOI: https://doi.org/10.1063/1.168744
  17. Hibiki T., Ishii M., Xiao Z. Axial interfacial area transport of vertical bubble flows // Int. J. Heat Mass Transfer. 2001. Vol. 44. P. 1869–1871. DOI: https://doi.org/10.1016/S0017-9310(00)00232-5
Поступила в редакцию: 
07.07.2018
Принята к публикации: 
11.11.2018
Опубликована: 
28.05.2019
Краткое содержание:
(downloads: 64)