Введение к работе
Актуальность темы. Большинство технологических процессов в химической промышленности, в атомной и тепловой энергетике, в трубопроводном транспорте происходит при высоких температурах и давлении. Поэтому нарушение герметичности реакторов, каналов, емкостей приводит к многофазным течениям, сопровождающимся фазовыми переходами, а также эффектами звукового запирания потоков. Для анализа возможных последствий аварий на атомных электростанциях, технологических установках, в трубопроводах с легкокипящими углеводородными системами очень важно знать, как изменяются давление в емкости, массовый расход кипящей жидкости.
Поэтому для оценки последствий аварийной разгерметизации емкостей и каналов, покоящихся под высоким давлением, весьма актуально создание математических моделей, позволяющих расширить теоретические представления об особенностях теплофизических и гидродинамических процессов в таких системах.
Цели работы:
изучить особенности нестационарного течения вскипающей жидкости из каналов при внезапной разгерметизации канала с учетом инверсии потока (переход пузырьковопенного потока в парокапельный);
построить теоретическую модель стационарного истечения жидкости из большой емкости через щель; провести численное исследование закономерностей опорожнения в зависимости от начальных условий внутри емкости (давления , температуры).
Достоверность. Достоверность результатов диссертации основана на использовании фундаментальных уравнений механики сплошных сред и обусловлена согласованием полученных зависимостей для различных методов подсчета, проведением тестовых расчетов, сравнением численных и аналитических решений, согласованностью с решениями других авторов в некоторых частных случаях.
Научная новизна работы. Впервые получены аналитические и численные решения с учетом инверсии потока (переход пузырьковопенного потока в парокапельный) для нестационарного процесса истечения вскипающей жидкости из канала после внезапной разгерметизации. На основе данных аналитических решений проанализировано влияние инверсии потока на критические параметры истечения данной жидкости.
Применительно к процессу истечения вскипающей жидкости из емкости конечного объема через щель в квазиустановившемся режиме проведено численное моделирование. Показано, что процесс истечения может происходить в режиме газодинамического запирания и в дозвуковом режиме. Изучено влияние исходной температуры и давления в емкости на закономерности опорожнения.
Практическая значимость. Знание закономерностей истечения вскипающих жидкостей имеет большое прикладное значение для оценки последствий аварийной разгерметизации емкостей и каналов, покоящихся под высоким давлением, для оценки максимальных расходов через каналы, щели и для оценки характерных времен опорожнения.
Апробация работы. Результаты, приведенные в диссертации, докладывались и обсуждались на семинарах Проблемной лаборатории математического моделирования и механики сплошных сред под руководством профессора С.М. Усманова и член-корреспондента АН РБ В.Ш. Шагапова, на научно-практических конференциях для преподавателей и студентов Бирской государственной социально-педагогической академии, также на следующих конференциях и в научных школах:
на Межвузовской научно-теоретической конференции «ЭВТ в обучении и моделировании» (г. Уфа, 1997);
на II Уральской региональной межвузовской научно-практической конференции « Проблемы физико-математического образования в России на современном этапе» (г. Уфа, 1997);
на IV Всероссийской школе-семинаре « Аналитические методы и оптимизация процессов в механике жидкости и газа» САМГОП-98 (г. Уфа, 1998);
на IV Международной научной конференции « Дифференциальные уравнения и их приложения» ( г. Саранск, 2000);
на Международной конференции по многофазным системам, посвященное 60-летию акад. Р.И. Нигматулина ( Россия, Уфа, 2000);
на Международной научной конференции «Спектральная теория дифференциальных операторов и родственные проблемы» (Россия, Стерлитамак, 2003);
на III Всероссийской научно-теоретической конференции « ЭВТ в обучении и моделировании» (г. Бирск, 2004);
на IV Региональной научно-практической конференции « ЭВТ в обучении и моделировании »(г. Бирск, 2005).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 работах, список которых приведен в конце автореферата.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 105 страниц, включая 31 рисунок и список литературы, состоящей из 85 наименований.
