Отправить статью по E-mail Моделирование генерации и распространения ударных волн и волн сжатия в пузырьковых средах
- Авторы: Губин С.А.1, Сверчков А.М.2, Сумской С.И.1
-
Учреждения:
- Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
- Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности
- Выпуск: Том 14, № 1 (2021)
- Страницы: 47-58
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2305-9117/article/view/286499
- DOI: https://doi.org/10.30826/CE21140106
- ID: 286499
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
Предложены модель и численный метод для расчета распространения ударных волн/волн сжатия в пузырьковой среде в протяженных трубопроводных системах. Модель рассматривает процесс в одномерном приближении, исходя из механического, теплового, скоростного и фазового равновесия системы «паровые пузырьки – жидкость». Численная реализация предложенной модели осуществлялась с использованием подхода С. К. Годунова. Модель с хорошей точностью воспроизводит имеющиеся экспериментальные данные по структуре и параметрам циркулирующих волн в сплошной/пузырьковой среде. Показана возможность генерации ударных волн в потоках с переменными высотными отметками при распространении в них ударных волн/волн сжатия в случае появления кавитации и последующего схлопывания кавитационных зон. Данный эффект можно рассматривать как локальный гидроудар, при «классическом» гидроударе поток тормозится на закрытых задвижках. Расчетным путем показано, что схлопывание кавитационных зон с генерацией волн давления приводят к усилению нагрузок на трубопровод: возникающие давления в 1,5 раза больше по сравнению с «классическим» гидроударом.
Ключевые слова
Об авторах
Сергей Александрович Губин
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Автор, ответственный за переписку.
Email: gubin_sa@mail.ru
доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой №4 «Химическая физика»
Россия, Каширское шоссе, 31, Москва, 115409Андрей Михайлович Сверчков
Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности
Email: sumskoi@mail.ru
научный сотрудник
Россия, Переведеновский пер., 13, стр. 14, Москва, 105082Сергей Иванович Сумской
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Email: sumskoi@mail.ru
кандидат технических наук, доцент
Россия, Каширское шоссе, 31, Москва, 115409Список литературы
- Гельфанд Б. Е., Губин С. А., Когарко Б. С., Когарко С. М. Исследование волн сжатия в смеси жидкости с пузырьками газа // Докл. Акад. наук СССР, 1973. Т. 213. №5. С. 1043.
- Гельфанд Б. Е., Губин С. А., Когарко С. М., Симаков С. М., Тимофеев Е. В. Исследование разрушения пузырьков газа в жидкости ударными волнами // Известия Академии наук СССР. Механика жидкости и газа, 1975. Т. 4. С. 51–56.
- Гельфанд Б. Е., Губин С. А., Нигматулин Р. И., Тимофеев Е. И. Влияние плотности газа на дробление пузырьков ударными волнами // Докл. Акад. наук СССР, 1977. Т. 235. С. 292–294.
- Гельфанд Б. Е., Губин С. А., Тимофеев Е. И. Отражение плоских ударных волн от твердой стенки в системе пузырьки газа – жидкость // Механика жидкости и газа, 1978. Т. 2. С. 174.
- Гельфанд Б. Е., Степанов В. В., Тимофеев Е. И., Цыганов С. А. Усиление ударных волн в неравновесной системе жидкость – пузырьки растворяющегося газа // Докл. Акад. наук СССР, 1978. Т. 239. № 1. С. 71.
- Борисов А. А., Гельфанд Б. Е., Нигматулин Р. И., Рахматулин Х. А., Тимофеев Е. И. Усиление ударных волн в жидкостях с пузырьками пара и растворяющегося газа // Докл. Акад. наук СССР, 1982. Т. 263. № 3. С. 594.
- Borisov A. A., Gelfand B. E., Timofeev E. I. Shock waves in liquid containing gas bubbles // Int. J. Multiphas. Flow, 1983. Vol. 9. No. 5. P. 531–543.
- Кедринский В. К. Распространение возмущений в жидкости, содержащей пузырьки газа // Прикладная механика и техническая физика, 1968. Т. 9. № 4. С. 29–34.
- Kedrinskii V. K. Negative pressure profile in cavitation zone at underwater explosion near free surface // Acta Astronaut., 1976. Vol. 3. No. 7-8. P. 623–632.
- Кедринский В. К. Ударные волны в жидкости с пузырьками газа // Физика горения и взрыва, 1980. Т. 16. №5. С. 14–25.
- Чернов А. А., Кедринский В. К., Давыдов М. Н. Спонтанное зарождение пузырьков в газонасыщенном расплаве при его мгновенной декомпрессии // Прикладная механика и техническая физика, 2004. Т. 45. №2. С. 162–168.
- Комиссаров П. В., Соколов Г. Н., Борисов А. А. Особенности подводного взрыва неидеально детонирующего энергетического материала, богатого алюминием // Хим. физика, 2011. Т. 30. № 2. С. 62–69.
- Комиссаров П. В., Соколов Г. Н., Ермолаев Б. С., Борисов А. А. Смесевые составы для подводных взрывов с усиленным действием за счет включения воды как внешнего окислителя и их взрывные характеристики // Физико-химическая кинетика в газовой динамике, 2011. Т. 12. № 1. С. 5.
- Комиссаров П. В., Борисов А. А., Басакина С. С., Лавров В. В. Усиление взрывной волны подводного взрыва металлизированного заряда в направлении пузырькового канала в сплошной воде // Хим. физика, 2019. Т. 38. №8. С. 12–23.
- Авдеев К. А., Аксёнов В. С., Борисов А. А., Тухватуллина Р. Р., Фролов С. М., Фролов Ф. С. Численное моделирование передачи импульса от ударной волны к пузырьковой среде // Хим. физика, 2015. Т. 34. № 5. С. 34.
- Авдеев К. А., Аксенов В. С., Борисов А. А., Тухватуллина Р. Р., Фролов С. М., Фролов Ф. С. Численное моделирование воздействия ударной волны на пузырьковую среду // Горение и взрыв, 2015. Т. 8. № 2. С. 45–56.
- Авдеев К. А., Аксенов В. С., Борисов А. А., Севастополе- ваД. Г., Тухватуллина Р. Р., Фролов С. М., Фролов Ф. С., Шамшин И. О., Басара Б., Эдельбауэр У., Пахлер К. Расчет распространения ударной волны в воде с пузырьками реакционноспособного газа // Хим. физика, 2017. Т. 36. №4. С. 20–31.
- Тухватуллина Р. Р., Фролов С. М. Ударные волны в жидкости, содержащей инертные и реакционноспособные газовые пузырьки // Горение и взрыв, 2017. Т. 10. №.2. С. 52–61.
- Пчельников А. В., Гражданкин А. И., Кручинина И. А., Сумской С. И., Дадонов Ю. А., Лисанов М. В. Оценка риска аварий на объектах хранения и перевалки нефти и нефтепродуктов // Безопасность труда в промышленности, 2004. Т. 6. С. 33–37.
- Сумской С. И., Агапов А. А., Софьин А. С., Сверчков А. М., Егоров А. Ф. Моделирование аварийных утечек на магистральных нефтепроводах // Безопасность труда в промышленности, 2014. Т. 9. С. 50–53.
- Жуковский Н. Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. — М.-Л.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1949. 104 с.
- Ильичев А. Т., Сумской С. И., Шаргатов В. А. Нестационарные течения в деформируемых трубах: закон сохранения энергии // Труды Математического института имени В. А. Стеклова, 2018. Т. 300. С. 76.
- Чарный И. А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах. — Л.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1951. 222 с.
- Colebrook C. F. Turbulent flow in pipes, with particular reference to the transition region between the smooth and rough pipe laws // P. I. Civil Eng., 1939. Vol. 11. P. 133.
- Lockhart R. W., Martinelli R. C. Proposed correlation of data for isothermal two-phase, two-component flow in pipes // Chem. Eng. Prog., 1949. Vol. 45. P. 695.
- Lagumbay R. S. Modeling and simulation of multi- phase/multicomponent flows. — Department of Mechanical Engineering, The University of Colorado, 2006. Ph.D. Thesis. 243 p.
- Лурье М. В. Математическое моделирование процессов трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. — М.: Издательский центр РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2012. 456 с.
- Губин С. А., Губина Т. В., Сумской С. И., Лисанов М. В. Моделирование переходных и аварийных процессов в магистральных нефтепроводах с помощью метода С. К. Годунова // Безопасность труда в промышленности, 2013. Т. 10. С. 66–71.
- Sumskoi S. I., Sverchkov A. M. Modeling of nonequilibrium processes in oil trunk pipeline using Godunov type method // Physcs. Proc., 2015. Vol. 72. P. 347–350.
- Sumskoi S. I., Sverchkov A. M., Lisanov M. V., Egorov A. F. Modelling of non-equilibrium flow in the branched pipeline systems // J. Phys. Conf. Ser., 2016. Vol. 751. No. 1. P. 012022.
- Sumskoi S. I., Sverchkov A. M., Lisanov M. V., Egorov A. F. Simulation of compression waves / shock waves propagation in the branched pipeline systems with multi-valve operations // J. Phys. Conf. Ser., 2016. Vol. 751. No. 1. P. 012024.
- Sumskoi S. I., Sofin A. S., Lisanov M. V. Developing the model of non-stationary processes of motion and discharge of single and two-phase medium at emergency releases from pipelines // J. Phys. Conf. Ser., 2016. Vol. 751. No. 1. P. 012025.
- Bergant A., Simpson A. R. Pipeline column separation flow regimes // J. Hydraul. Eng., 1999. Vol. 125. No. 8. P. 835– 848.
- Арбузов Н. С. Обеспечение технологической безопасности гидравлической системы морских нефтеналивных терминалов в процессе налива судов у причальных сооружений: Дис. д-ра техн. наук. — М., 2014. 310 с.
Дополнительные файлы
