Межфазный тепломассообмен при длительном хранении криожидкости в баке
Авторы: Мякочин А.С., Тлевцежев В.В.
Опубликовано в выпуске: #3(159)/2025
DOI: 10.18698/2308-6033-2025-3-2430
Раздел: Механика | Рубрика: Механика жидкости, газа и плазмы
Предложена физико-математическая модель для расчета теплофизических внутрибаковых процессов, основанная на предположении об отсутствии температурного расслоения, а также о термодинамическом равновесии между жидкой фазой компонента топлива и его парами. Пространственная однородность температуры и давления — главная предпосылка для рассмотрения процессов в рамках термодинамики, поэтому представленную модель можно называть термодинамической. Предполагается также, что пары компонента подчиняются уравнению состояния идеального газа, а жидкость считается несжимаемой. С математической точки зрения эта модель представляет собой систему алгебраических и обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающую изменение во времени температуры, давления и прочих теплофизических характеристик. Данная модель использовалась для определения параметров теплообмена в криогенном баке при длительном бездренажном хранении. Она также может быть адаптирована для описания многих теплофизических процессов в баках на различных этапах эксплуатации.
EDN SLAWJR
Литература
[1] Belyaev A.Yu., Ivanov A.V., Egorov S.D. et al. Pathways to solve the problem of cryogenic rocket propellant long storage in space. In: Proc. Int. Aerospace Congress. Moscow, Russia, August 15–19, 1994. Moscow, 1994, vol. 1, pp. 558–562.
[2] Амирханян Н.В., Черкасов С.Г. Теоретический анализ и методика расчета теплофизических процессов, протекающих в криогенной емкости в режиме бездренажного хранения. Теплофизика высоких температур, 2001, т. 39, № 4, с. 970–976.
[3] Черкасов С.Г., Миронов В.В., Миронова Н.А., Моисеева Л.А. Метод расчета скорости роста давления при бездренажном хранении жидкого водорода в емкостях. Известия Академии наук. Сер. Энергетика, 2012, № 4, с. 151–159.
[4] Черкасов С.Г. Модифицированный численный метод для расчета тепловой конвекции в вертикальном цилиндрическом сосуде. Численные методы механики сплошной среды, 1984, т. 15, № 5, с. 144–153.
[5] Черкасов С.Г. Естественная конвекция и температурная стратификация в криогенном топливном баке в условиях микрогравитации. Известия РАН. Механика жидкости и газа, 1994, № 5, с. 142–149.
[6] Гордеев В.А., Партола И.С., Фирсов В.П., Иванов В.П. Оптимизация процесса отработки ПГСП ракет и разгонных блоков. Научно-технические разработки КБ «Салют». Москва, Воздушный транспорт, 2007, с. 284–290.
[7] Гордеев В.А., Фирсов В.П. Комплект математических моделей ПГСП криогенного разгонного блока. Научно-технические разработки ОКБ-23 КБ «Салют». Москва, Воздушный транспорт, 2006, с. 320333.
[8] Гордеев В.А., Жуков В.А., Завадский В.К., Иванов В.П., Мозжорина М.Ю. Система наддува баков перспективных ракет и разгонных блоков (принципы построения, унифицированные алгоритмы управления). Научно-технические разработки ОКБ-23 КБ «Салют». Москва, Воздушный транспорт, 2006, с. 383395.
[9] Черкасов С.Г. Ламинарный свободно-конвективный пограничный слой в сжимаемом газе. Доклады РАН, 1995, т. 343, № 5, с. 625–626.
[10] Полежаев В.И., Черкасов С.Г. Нестационарная тепловая конвекция в цилиндрическом сосуде при боковом подводе тепла. Известия АН СССР. Механика жидкости и газа, 1983, № 4, с. 148–157.
[11] Полежаев В.И., Бунэ А.В., Верезуб Н.А.[и др.]. Математическое моделирование конвективного тепломассообмена на основе уравнений Навье — Стокса. Москва, Наука, 1987.
[12] Черкасов С.Г. Квазистационарный режим конвекции в вертикальном цилиндрическом сосуде. Известия АН СССР. Механика жидкости и газа, 1986, № 1, с. 146–152.
[13] Войтешонок В.С., Черкасов С.Г. Автомодельный режим тепловой стратификации при естественной конвекции в емкостях. Известия АН СССР. Механика жидкости и газа, 1989, № 5, с. 19–24.
[14] Ferziger J.H., Peric M. Computational methods for fluid dynamics. Springer, 2002.
[15] Patankar S. Numerical heat transfer and fluid flow. New York, Hemisphere Publishing Corp., 1980.
[16] Wenxian Lin, Armfield S.W. Direct simulation of natural convection cooling in a vertical circular cylinder. International J. of Heat and Mass Transfer, 1999, vol. 42, iss. 22, pp. 4117–4130.
[17] Muzaferija S. Adaptive finite volume method for flow predictions using unstructured meshes and multigrid approach: PhD Thesis. University of London, 1994.
[18] Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Москва, Наука, 1976, 584 с.
[19] Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. Москва, Наука, 1977.
[20] Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Москва, Наука, 1972.