Моделирование и визуализация теплогидравлических процессов при воздействии внешних динамических сил

В статье рассматривается актуальная проблема учета воздействия внешних динамических сил на теплогидравлические процессы. К ним относятся процессы естественной циркуляции, перемешивания теплоносителя в оборудовании ядерных энергетических установок, процессы сепарации пара, режимы работы систем подогрева высоковязких сред, работа абсорбционных холодильных приборов, установленных на малых и больших морских судах. Ведущим подходом к исследованию данной проблемы является экспериментальный метод, позволяющий комплексно рассмотреть данные процессы на мелкомасштабных моделях. Для этого был разработан экспериментальный стенд оригинальной конструкции. Параметры, полученные в ходе работы, были визуализированы и преобразованы в графические изображения, которые анализировались с помощью библиотеки компьютерного зрения с открытым исходным кодом OpenCV. Предложен новый метод визуализации процессов смешения неизотермических течений, результатом применения которого явились интегральные и локальные характеристики данного процесса. Из полученных результатов заметно, что режимы периодической качки и статического крена оказывают существенное влияние на процессы смешения неизотермических потоков теплоносителя. Проанализировав полученные графические изображения, были выявлены области неравномерного перемешивания, находящиеся в прямой корреляции с условиями внешних динамических воздействий. Апробированные в процессе исследования процессов смешения неизотермических потоков методики могут быть использованы и в других приложениях для решения схожих задач.

1. Rajashekhar Pendyala, Sreenivas Jayanti, Balakrishnan A.R. Flow and pressure drop fluctuations in a vertical tube subject to low frequency oscillations. Nuclear Engineering and Design. 2008:238(1);78–187. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2007.06.010.

2. Zhixian Lai, Wenxi Tian, Chong Chen, Mingjun Wang, Kui Zhang, Suizheng Qiu, Guanghui Su. Experimental study on thermal hydraulic characteristics of natural circulation loop under motion condition. Applied Thermal Engineering. 2022:207;118–122. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2022.118122.

3. Кузеро В.Б., Перевезенцев В.В. Структурные характеристики двухфазных газожидкостных потоков в условиях действия периодических поперечных сил. Вопросы атомной науки и техники. Серия: ядерно-реакторные константы. 2016:3;132–142.

4. Терентьев В.Д. Синев Н.М. Основы тепловых и гидравлических расчетов судовых ядерных реакторов и парогенераторов. Ленинград: Судостроение; 1967. 208 с.

5. Селиванов Н.В. Кузьмин С.И., Андрис К.Б., Евдашкин В.И. Теплообмен и гидродинамика у ограждающих поверхностей танков морских нефтеналивных судов в условиях качки. Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2009:2;92–98.

6. Титлов А.С., Очеретяный Ю.А. Разработка транспортных абсорбционных холодильных приборов. Холодильная техника. 2007:52(5). DOI: 10.15673/ret.v52i5.283.

7. Кудинович И.В. Обоснование ядерной и радиационной безопасности атомного судна при внешних воздействиях. Труды Крыловского государственного научного центра. 2019:1(387);131–142.

8. Ремез Ю.В. Качка корабля. Судостроение, Ленинград; 1983. 328 с.

9. Смирнов В.И., Шиманский Ю.А. Собрание трудов академика А.Н. Крылова. Качка корабля, Т. 11. Москва: Акад. наук СССР; 1951. 469 с.

10. Андреев В.В., Сатаев А.А. Патент на полезную модель № 202079 U1 Российская Федерация, МПК G01M7/06. Двухплоскостной стенд для испытаний на качку и способ его применения для испытания теплогидравлических моделей: № 2020136082, заявитель ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева» (НГТУ).

11. Митенков Ф.М., Моторов Б.И. Механизмы неустойчивых процессов в тепловой и ядерной энергетике. М.: Энергоиздат; 1981.

12. OpenCV Tutorial C++. Доступно по: https://www.opencv-srf.com/p/introduction.html.

13. Сатаев А.А., Самойлов А.М., Блохин А.А., Андреев В.В. Системное исследование процессов теплообмена в условиях принудительной и естественной циркуляции при внешнем динамическом воздействии. Морские интеллектуальные технологии. 2022:2–1(56);155–161.