Расчетное моделирование течения теплоносителя в каналах сложной формы при высоких параметрах среды

Моделирование течения среды в каналах сложной формы в настоящее время невозможно представить без применения численных методов. Под сложностью формы следует понимать невозможность формульного задания функции, которая бы описывала изменение формы и площади живого сечения потока. Тем не менее каналы сложной формы представляют интерес для практического использования в различных областях промышленности. Частным случаем такого канала является гидравлический диод. Основной целью работы является расчетное моделирование течения среды в гидравлическом диоде при повышенных параметрах среды с помощью методов конечных элементов. Актуальность работы заключается в отсутствии экспериментальных исследований и примеров работы гидравлических диодов при повышенных параметрах среды. В работе смоделирован гидравлический диод по чертежам физика Николы Теслы. Параметры среды задавались следующие: давление 16 МПа, температура 298 °С. По результатам расчетов, отношение гидравлических сопротивлений при разных направлениях течения среды составило 19–23. Было выяснено, что гидравлический диод неприменим в качестве обратного клапана в технологических системах, поскольку неспособен полностью блокировать обратный поток. Так же было выявлено, что гидравлический диод с физической точки зрения эффективнее классических ограничителей течи, поскольку имеет усилие реакции струи в режиме «малая течь» 24,5 кН против 220 кН наиболее близкого по параметрам классического ограничителя течи. Результаты работы свидетельствуют о сложном характере эффективности гидравлических диодов, а также позволяют оценить параметры и характер течения среды в каналах сложной формы при повышенных параметрах среды, могут быть использованы для оптимизации будущих расчетов и моделирования гидравлических диодов для различных технологических систем.

1. Хабарова Д.Ф. Гидродинамика рабочего процесса и расчет характеристик бесклапанных поршневых насосов с гидродиодами. Челябинск; 2019. URL: https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_008591346/ [дата обращения: 08.06.2023].

2. Лебедев И.В., Трескунов С.Л., Яковенко В.С. Элементы струйной автоматики. М.: Машиностроение; 1973. 360 с.

3. Priestman G.H. A study of vortex throttles Part 1: Viscid flow analysis. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 1987;201(5):337–343. DOI: 10.1243/PIME_PROC_1987_201_132_02.

4. Kulkarni A.A. Ranade V.V., Rajeev R. Pressure drop across vortex diodes: Experiments and design guidelines. Chemical Engineering Science. 2009;64(6):1285–1292. DOI: https: 10.1016/j.ces.2008.10.060.

5. Шаповал Л.А. Расчет, проектирование и исследование бесклапанного поршневого насоса с гидравлическими диодами. Челябинск; 2017. URL: https://dspace.susu.ru/xmlui/bitstream/handle/0001.74/17525/2017_266_shapovalla.pdf?sequence=1&isAllowed=y [дата обращения: 08.06.2023].

6. Оверко М.В. Обоснование рациональных параметров рабочих процессов и областей применения перспективных средств защиты водонапорных установок от гидравлических ударов. Покровск; 2016. URL: https://scholar.google.com/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=SH47Us0AAAAJ&citation_for_view=SH47Us0AAAAJ:2P1L_qKh6hAC [дата обращения: 08.06.2023].

7. Кайгородов С.Ю., Шапошков А.А., Цветков И.В. Методика расчета применения сопловых гидродиодов в конструкции двухтрубного гидравлического амортизатора. Омский научный вестник. 2020;4:82–89. DOI: 10.25206/2588-0373-2020-4-4-82-89.

8. Yoder G.L., Elcassadgi Y., De Leon G. Vortex diode analysis and testing for fluoride salt colled high-temperature reactors. UT-Battelle. 2011:ORNL-27(4-00). DOI: 10.2172/1036568.

9. Pandare A.K., Ranade V.V. Flow in vortex diodes. 2015:102:274–285. DOI: 10.1016/j.cherd.2015.05.028.

10. Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Минск: Вышейшая школа; 1976. 416 с.

11. ANSYS CFX-Solver Theory Guide. Canonsburg, 2011. 402 p.