Оценка условий незамерзания жидкости в больших емкостях с локальной схемой обогрева с помощью программы Ansys Fluent
Ключевые слова:
свободная конвекция в большом объеме, оптимизация CFD-модели, мостики холода, LES-модель, обогрев резервуаровАннотация
В программной среде конечно-элементного анализа ANSYS 2021 R1 было проведено компьютерное моделирование работы резервуара хранения воды РГСн-100 врезными электрическими нагревательными элементами на заданные условия. Использован программный комплекс ANSYS Fluent при решении задачи численного трехмерного моделирования движения естественно-конвективных потоков вязкой несжимаемой жидкости и теплообменных процессов со схемой локального нагрева и охлаждения в большом объеме. Рассмотрены несколько подходов к моделированию и подобраны оптимальные, с учетом ограниченности ресурсов, методы, наиболее точно описывающие формирование конвективных потоков в большом объеме при решении инженерных задач. Показано влияние схемы обогрева и мостиков холода на эффективность обогрева и риск замерзания. В статье приводятся примеры расчетов и даны конкретные указания по решению задач естественной конвекции в больших объемах с помощью программных инструментов – модели, функции, допустимые упрощения.
Метрики
Библиографические ссылки
ГОСТ
1. Половников В.Ю., Хабибулин А.М. Численное исследование тепловых режимов резервуаров для хранения криожидкостей в условиях реальной эксплуатации // Труды Шестой Российской национальной конференции по теплообмену М.: Изд. дом МЭИ, 2014. С. 1482-1485. EDN VDJVYV.
2. Шкапов, П. М., Артюшкин А. Ю. О допущениях при разработке математической модели термогравитационной конвекции в технологических баках большого объема с учетом брожения // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. №11. С. 592–602. EDN: VDRHQF. DOI: 10.7463/1115.0816663
3. Патент № RU (11) 175 259(13) U1 Российская Федерация, B65D 88/74 (2006.01). Резервуар с системой обогрева для хранения вязких нефтепродуктов в регионах с холодным климатом / Усов Д. Ю. : заявитель и патентообладатель Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" № 2017112158: заявл. 10.04.2017; опубл. 28.11.2017, Бюл. № 34. 7 c.
4. Шастунова, У. Ю. Тепломассообмен в системе «горячий резервуар – основание - мерзлый грунт»: Автореф. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.14. Тюмень: Тюменский государственный университет, 2018. 21 с. URL: https://elib.utmn.ru/jspui/handle/ru-tsu/13716
5. Zuo, Q., Zhu, L., Liu, J. Research and verification on CFD natural convection model of QM400 // Annals of Nuclear Energy. 2019. Vol. 126. P. 443–451. DOI: 10.1016/j.anucene.2018.11.053
6. CFD analysis of natural convection cooling of the in-vessel components during a shutdown of the EU DEMO fusion reactor / A. Zappatore, A. Froio, G.A. Spagnuolo, R. Zanino // Fusion Engineering and Design. 2021. Vol. 165, 112252. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2021.112252
7. Mehedi T.H., Tahzeeb R.B., Islam A.K.M.S. Numerical analysis of steady and transient natural convection in an enclosed cavity // AIP Conference Proceedings 1851. 2017. 020097.
DOI: 10.1063/1.4984726
8. Experimental Validation of a Tool for the Numerical Simulation of a Commercial Hot Water Storage Tank / L. Mongibello, N. Bianco, M.Di Somma, G. Graditi // Energy Procedia. 2017. Vol. 105, P. 4266–4273. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.03.917
9. A validated model for mixing and buoyancy in stratified hot water storage tanks for use in building energy simulations / B. Baeten, T. Confrey, S. Pecceu and oth. // Applied Energy. 2016. vol. 172. P. 217–229. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.03.118
10. Fan J., Furbo S., Yue H. Development of a Hot Water Tank Simulation Program with Improved Prediction of Thermal Stratification in the Tank // Energy Procedia. 2015. vol. 70. P. 193–202.
EDN: RUKUPR. DOI: 10.1016/j.egypro.2015.02.115
11. Modern mathematical models of convection / V.K. Andreev, Yu. A. Gaponenko, O.V. Goncharova, V.V. Pukhnachev. M.: Fizmatlit, 2008. 417 p.
12. Boussinesq J. Théorie de l'écoulement tourbillonnant et tumultueux des liquides dans les lits rec-tilignes a grande section. Paris: Gauthier-Villars et fils, 1897. 74 p. URL: http://hdl.handle.net/1908/3743
13. Ansys Fluent Tutorial Guide: Release 2021 R1. Canonsburg, PA: ANSYS, 2021. 934 c.
APA
1. Polovnikov, V. Yu., & Khabibullin, A. M. (2014). Chislennoe issledovanie teplovyh rezhimov rezervuarov dlya hraneniya kriozhidkostej v usloviyah real'noj ekspluatacii [Numerical study of thermal conditions of cryofluid storage tanks in real operation.]. In Proc. of the Sixth Russian National Conference on Heat Exchange (pp. 1482-1485). Publishing House of MEI. [In Russian]
2. Shkapov, P. M., & Artyushkin A. Y. (2015) O dopushcheniyakh pri razrabotke matematicheskoy modeli termogravitatsionnoy konvektsii v tekhnologicheskikh bakakh bolshogo obyema s uchetom brozheniya [On assumptions in the development of a mathematical model of thermogravitational convection in large-volume process tanks, taking into account fermentation.]. Science and Education. Bauman Moscow State Technical University, 11, 592-602 https://doi.org/10.7463/1115.0816663 [In Russian]
3. Usov, D. Yu. (2017). Patent RU (11) 175 259(13) U1. Rezervuar s sistemoy obogreva dlya khraneniya vyazkikh nefteproduktov v regionakh s kholodnym klimatom [Tank with heating system for storage of viscous petroleum products in regions with cold climate] . FIPS.
4. Shastunova, U. Yu. (2019) Teplomassoobmen v sisteme «goryachiy rezervuar – osnovaniye - merzlyy grunt» [Heat and mass transfer in the system «hot tank – base - frozen ground»]. [Cand. of Tech. Sciences (PhD) , University of Tyumen]. UTMN. https://elib.utmn.ru/jspui/handle/ru-tsu/13716
5. Zuo, Q., Zhu, L., & Liu, J. (2019). Research and verification on CFD natural convection model of QM400. Annals of Nuclear Energy, 126, 443-451. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2018.11.053
6. Zappatore, A., Froio, A., Spagnuolo, G. A., & Zanino, R. (2021). CFD analysis of natural convection cooling of the in-vessel components during a shutdown of the EU DEMO fusion reactor. Fusion Engineering and Design, 165, 112252. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112252
7. Mehedi, T. H., Tahzeeb, R. B., & Islam, A. K. M. S. (2017). Numerical analysis of steady and transient natural convection in an enclosed cavity. AIP Conference Proceedings 1851, 020097. https://doi.org/10.1063/1.4984726
8. Mongibello, L., Bianco, N., Somma, M. Di, & Graditi, G. (2017). Experimental Validation of a Tool for the Numerical Simulation of a Commercial Hot Water Storage Tank. Energy Procedia, 105, 4266–4273. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.917
9. Baeten, B., Confrey, T., Pecceu S., Rogiers, F., & Helsen, L. (2016). A validated model for mixing and buoyancy in stratified hot water storage tanks for use in building energy simulations. Applied Energy, 172, 217–229. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.03.118
10. Fan, J., Furbo, S., & Yue, H. (2015) Development of a Hot Water Tank Simulation Program with Improved Prediction of Thermal Stratification in the Tank. Energy Procedia, 70, 193–202. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.02.115
11. Andreev, V. K., Gaponenko, Yu. A, Goncharova, O. V., & Pukhnachev, V. V. (2008). Modern mathematical models of convection. Fizmatlit.
12. Boussinesq J. (1897). Théorie de l'écoulement tourbillonnant et tumultueux des liquides dans les lits rec-tilignes a grande section. Gauthier-Villars et fils. http://hdl.handle.net/1908/3743.
13. ANSYS, Inc. (2021). Ansys Fluent Tutorial Guide: : Release 2021 R1. ANSYS.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
URN
Лицензия
Copyright (c) 2022 Яковлев Л.О., Морозов Я.О.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
