Исследование температурной стратификации при естественной конвекции газа в замкнутом объеме

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В работе рассмотрена задача тепломассопереноса при естественной конвекции газа в нагреваемом замкнутом объеме с изотермической нижней границей в поле массовой силы. Предложено упрощенное уравнение для описания теплообмена в условиях температурной стратификации. Для задачи о свободно-конвективном пограничном слое сжимаемого газа на пластине в условиях внешней температурной стратификации получены аналитические зависимости для скорости и температуры в пограничном слое. Показано хорошее соответствие между аналитическими решениями для пограничного слоя, результатами расчета по уравнению стратификации и данными моделирования полных уравнений конвекции для задачи о нагреве вертикального цилиндра.

About the authors

А. О. Городнов

АОГНЦ РФ «Исследовательский центр им. М.В. Келдыша» (АО ГНЦ «Центр Келдыша»)

Author for correspondence.
Email: an.ol.gorodnov@gmail.com
Russian Federation, Москва

References

  1. Belyaev A.Yu., Ivanov A.V., Egorov S.D., Voyteshonok V.S., Mironov V.M., Rogozhinsky V.V., Sokolov B.A., Tumanin Y.N., Fyodorov V.I., Aksentsov A.A. Pathways to Solve the Problem of Cryogenic Rocket Propellant Long Storage in Space // Proc. Int. Aerospace Congress. Moscow, Russia, Aug. 15–19. 1994. V. 1. P. 558.
  2. Van Dresar N.T., Lin C.S., Hasan M.M. Self Pressurization of a Flightweight Liquid Hydrogen Tank: Effect of Fill Level at Low Wall Heat Flux // AIAA Paper-92-0818. 1992.
  3. Barsi S., Alexander J.I.D., Kassemi M., Panzarella C.H. A Tank Self-pressurization Experiment Using a Model Fluid in Normal Gravity //43rd AIAA Aerospace Sci. Meeting Exhibit. Reno, Nevada, 10–13 Jan. 2005.
  4. Полежаев В.И., Черкасов С.Г. Нестационарная тепловая конвекция в цилиндрическом сосуде при боковом подводе тепла // Изв. АН СССР. МЖГ. 1983. № 4. С. 148.
  5. Ананьев А.В., Миронов В.В., Моисеева Л.А., Черкасов С.Г. Анизотропное влияние естественной конвекции на температурное поле в емкости при наличии устойчивой температурной стратификации // Изв. РАН. МЖГ. 2015. № 5. С. 96.
  6. Черкасов С.Г., Ананьев А.В., Миронов В.В., Моисеева Л.А. Температурное расслоение в вертикальной цилиндрической емкости с турбулентным свободно-конвективным пограничным слоем // Изв. РАН. Энергетика. 2016. № 4. С. 137.
  7. Черкасов С.Г., Ананьев А.В., Моисеева Л.А. Особенности пристеночной свободной конвекции в стратифицированной по температуре среде // ТВТ. 2017. Т. 55. № 3. С. 410.
  8. Gray D.D., Giorgini A. The Validity of the Boussinesq Approximation for Liquids and Gases // Int. J. Heat Mass Transfer. 1976. V. 19. P. 545.
  9. Paolucci S. On the Filtering of Sound from the Navier–Stokes Equations. Sandia National Laboratories Report SAND82-8257. 1982.
  10. Лапин Ю.В., Стрелец М.Х. Внутренние течения газовых смесей. М.: Наука, 1989. 368 с.
  11. Черкасов С.Г., Ананьев А.В., Моисеева Л.А. Ограничение модели Буссинеска на примере ламинарной естественной конвекции газа между вертикальными изотермическими стенками // ТВТ. 2018. Т. 56. № 6. С. 902.
  12. Le Quéré P., Weisman C., Paillère H., Vierendeels J., Dick E., Becker R., Braack M., Locke J. Modelling of Natural Convection Flows with Large Temperature Differences: a Benchmark Problem for Low Mach Number Solvers. Part 1.Reference Solutions // ESAIM: Math. Modell. Numer. Anal. 2005. V. 39. № 3. P. 609.
  13. Соболева Е.Б. Численное моделирование динамики околокритической жидкости в твердой пористой матрице. Препринт № 817. М.: ИПМ РАН, 2006.
  14. Beysens D., Chatain D., Nikolayev V.S., Ouazzani J., Garrabos Y. Possibility of Long-distance Heat Transport in Weightlessness Using Supercritical Fluids // Phys. Rev. E. 2010. V. 82. Iss. 6. 061126.
  15. Агафонов Д.В., Черкасов С.Г. Влияние переменности плотности на распространение тепла в газе // ТВТ. 2002. Т. 40. № 4. С. 617.
  16. Черкасов С.Г., Лаптев И.В., Ананьев А.В., Городнов А.О. Рост давления при нестационарной естественной конвекции паров водорода в вертикальном цилиндрическом сосуде с постоянной температурой нижней границы // Тепловые процессы в технике. 2019. Т. 11. № 5. С. 203.
  17. Городнов А.О. Математическое моделирование сопряженной естественной конвекции в паре и жидкости при бездренажном хранении криогенных компонентов топлива // Матем. моделирование и численные методы. 2020. № 3. С. 47.
  18. Choi S.W., Woo I.L., Han S.K. Numerical Analysis of Convective Flow and Thermal Stratification in a Cryogenic Storage Tank // Numer. Heat Transfer, Part A. 2017. V. 71. № 4. P. 402.
  19. Kartuzova O., Kassemi M., Agui J., Moder J. Self-Pressurization and Spray Cooling Simulation of the Multipurpose Hydrogen Test Bed (MHTB) Ground-Based Experiment // 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Prop. Conf., Cleveland. July 28–30. 2014.
  20. Kassemi M., Kartuzova O., Hylton S. Validation of Two-phase CFD Models for Propellant Tank Self-Pressurization: Crossing Fluid Types, Scales, and Gravity Levels // Cryogenics. 2018. V. 89. P. 1.
  21. Джалурия Й. Естественная конвекция. М.: Мир, 1983. 399 с.
  22. Черкасов С.Г. Ламинарный свободно-конвек-тивный пограничный слой в сжимаемом газе // Докл. РАН. 1995. Т. 343. № 5. С. 625.
  23. Quazzani J., Garrabos Y. A New Numerical Algorithm for Low Mach Number Supercritical Fluid. Preprint Elsevier, 23 Apr. 2007. 10 p.
  24. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972.
  25. Ляшкин С.В., Козелков А.С., Мелешкина Д.П., Ялозо А.В., Тарасова Н.В. Моделирование течений вязкой несжимаемой жидкости разделенным и совмещенным алгоритмом типа SIMPLE // Матем. моделирование. 2016. T. 28. № 6. С. 64.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences