Все ответы об инженерном анализе

Перед началом работы настоятельно рекомендуем ознакомиться с правилами форума.

Дросселирование газа

Avksent
Аватар пользователя Avksent

Добрый день, уважаемые форумчане!

Прошу помочь в решении следующей задачи (задача тестовая, а значит условная): предположим, что имеется дроссель (внутренний диаметр основной трубы 100 мм, внутренний диаметр дросселя 10 мм).

 

В качестве рабочей среды - газ (модель Редлиха-Квонга из библиотеки CFX).

 

ГУ:

- вход - массовый расход (0.01 кг/с), total temperature (623 К)

- выход - среднее статическое давление (1 МПа)

- стенки и симметрия

- домен: давление 1 атм.; Heat Transfer - Total Energy

После решения получаем следующее:

Давление (соответствует ожиданиям):

Скорость (закроем пока глаза на огромные скорости):

Температура (хмм...):

 

А вот тут результат мне кажется странным - ожидал увидеть падение температуры не только в дросселе, но и за ним (по сравнению с температурой газа на входе) так, как это бывает в реальных дросселирующих устройствах за которыми участки трубопровода могут покрываться инеем.

Собственно вот тут картина температуры вдоль центрально оси - за дросселем восстановилась:

Прошу указать мне на мои ошибки в предположении / моделировании, а также указать направление, куда капать.

Avksent
Аватар пользователя Avksent

Чуть не забыл - файл проекта:

https://yadi.sk/d/36ZOmvUigYfyxg

sbogdanec
Аватар пользователя sbogdanec

При прохождении реального газа через клапан, происходит изменение температуры газа. Этот эффект известен как эффект Джоуля-Томсона или (в технике) процесс дросселирования.

Коэффициент Джоуля-Томсона характеризует скорость изменения температуры с давлением. Этот коэффициент равен нулю для идеального газа и положителен или отрицателен для реального газа. Положительные коэффициенты приводят к охлаждению при расширении газа. Отрицательные коэффициенты приводят к нагреву.

Эффект Джоуля-Томсона можно смоделировать с помощью моделей реальных газов, таких как модель Пенда-Робинсона или Соаве-Редлиха-Квонга

Эффект Джоуля-Томсона воспроизводится сопротивлением и потерей давления при последующем преобразовании в тепловую энергию (для учета эффекта рекомендуется использовать полное уравнение энергии (Total Energy) и не использовать Thermal Energy).
Для упрощения и ускорения расчета потери давления можно смоделировать с помощью пористой среды, что должно давать аналогичные результаты.


Хотя этот эффект возможно воспроизвести с помощью CFD, но такой расчет не совсем подходит для данного метода. Поэтому для получаемых результатов важна инженерная оценка. 

 

В теоретичсеском случае эффекта Джоуля Томсона сохраняется неизменной энтальпия.

В случае вашей задачи, было заметно ее повышение, что могло быть вызвано диссипацией турбулентной энергии в тепловую, а также учет вязкостного нагрева. Вероятно, что рост температуры пара за диафрагмой вызван ростом энтальпии.

Плюс есть некоторые сомнения по поводу "идеальности" сетки, так как у+ завышен не то что для к-омега, а даже для к-епсилон, и к тому же сетка может быть в принципе грубовата.

Поэтому нужно улучшать расчет турбулентности. В качестве эксперимента я просто убрал галочку Include Viscous Work Term и удалось добиться более заметного эффекта дросселирования (Снижение температуры на 7 градусов).

Также я встречал тестовый пример во Fluent. И в случае Fluent рекомендовалось применять решатель по плотности. Также в задаче наблюдались проблемы со сходимостью.

 

Резюмируя нужно сказать, что нужно внимательно задавать материал (чтобы учесть снижение температуры), уравнение энергии (понять необходимость и корректность учета члена вязкостного нагрева), моделирование турбулентности чтобы избежать излишнего нагрева рабочего тела, который нивелирует эффект дросселирования. А также не забывать про физическую базу процесса, то есть правильно выбирать расчетный режим с учетом температуры инверсии.

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Приложить файл

Максимальный размер файла: 999 МБ.
Допустимые типы файлов: txt doc docx xls xlsx pdf rar zip 7zip tar.