Степанов О.Е., Корниенко Ю.Н., Галкин И.Ю., Пронин А.А., Быков М.А.
Проблема резкого увеличения вязких напряжений в вертикальных двухфазных потоках весьма актуальна для вопросов атомной энергетики. Рассмотрено течение газожидкостного потока в вертикальном цилиндрическом канале при числах Рейнольдса 19000 и 38000 в диапазоне расходных объёмных газосодержаний 0–33 %. Рассчитаны радиальные профили локальных газосодержаний и скорости жидкости, а также сопротивления трения для пузырьковых потоков. Выполнена верификация CFD-модели по экспериментальным данным в части профилей истинного объемного газосодержания и скорости жидкости по сечению канала, а также сопротивлений трения в режиме пузырькового течения. Расчетами получено вполне удовлетворительное воспроизведение эффекта аномального увеличения трения на стенке канала в результате пристенной концентрации газа, роста градиента скорости потока у стенки и увеличения турбулентных вязких напряжений жидкости за счет пузырей. Сравнение с расчетами, основанными на формуле А.А. Арманда, аналог которой реализован в кодах RELAP5/MOD3.2, КОРСАР/ГП, показывает, что данные коды не воспроизводят этот эффект. Результаты данной работы полезны для кроссверификации как 3D, так и 1D кодов и уточнения их теплогидравлических моделей.
1. ANSYS CFX-Solver Theory Guide, Release 15, ANSYS Inc. USA, 2013.
2. Степанов О.Е., Галкин И.Ю., Мелех С.С., Курносов М.М., Пронин А.А. Верификация кода ТИГРСП на примере 19-стержневой сборки с применением CFD расчетов. Бюллетень основных научно-технических работ АО «ОКБ «ГИДРОПРЕСС» за 2016 г., ISBN 978-5-94883-149-7. Доступно на: http://www.gidropress.podolsk.ru/files/publication/yb-2016/autorun/info-ru.htm (дата обращения 24.04.2018).
3. Nakoryakov V.E., Kashinsky O.N., Burdukov A.P., Odnoral V.P. Local Characteristics of Upward Gas-Liquid Flows. International Journal of Multiphase Flow, 1981, vol. 7, pp. 63–81.
4. Liu T.J. Bubble size and entrance length effect on void development in vertical channel. International Journal of Multiphase Flow, 1993, vol. 19, no. 1, pp. 99–113.
5. Liu T.J. Investigation of the wall shear stress in vertical bubbly flow under different bubble size conditions. International Journal of Multiphase Flow, 1997, vol. 23, no. 6, pp. 1085–1109.
6. Prasser H.M., Lucas D., Krepper E., Baldauf D., et al. Strömungskarten und Modelle für transiente Zweiphasenströmungen. Forschungszentrum, Rossendorf, Germany, 2003, p. 183.
7. Lucas D., Krepper E., Prasser H.-M. Development of co-current air-water flow in vertical pipe. International Journal of Multiphase Flow, 2005, vol. 31, pp. 1304–1328.
8. Frank Th., Zwart P.J., Krepper E., Prasser H.-M. Validation of CFD models for mono- and polydisperse air-water two-phase flows in pipes. Nuclear Engineering and Design, 2008, vol. 238, pp. 647–659.
9. Michta E., Fu1 K., Anglart H., Angele K. Numerical predictions of bubbly two-phase flows with OpenFOAM. Proc. 14th Int. Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermalhydraulics, NURETH-14. Toronto, Ontario, Canada, 2011.
10. Варсеев Е.В., Корниенко Ю.Н. Численное исследование влияния седлообразных профилей газо-(паро)содержаний двухфазных потоков на гидродинамические параметры канала с помощью пакета OpenFOAM и сравнение с экспериментом. Труды научно-технической конференции «Теплофизика реакторов нового поколения (Теплофизика-2016)». Обнинск, 2016.
11. Кирилов П.Л. Справочник по теплогидравлическим расчётам в ядерной технике. Том 1. Теплогидравлические процессы в ЯЭУ. М.: Издательство по Атомной технике, 2010. 776 с.
12. Арманд А.А., Невструева Е.И. Исследование механизма двухфазного потока в вертикальной трубе. Известия ВТИ, 1950, с. 1–8.
13. Корниенко Ю.Н. Обобщение аналитических интегральных форм коэффициентов трения, тепло- и массообмена для неравновесных двухфазных потоков. Кольцевые каналы и ТВС. ВАНТ. Серия: Физика ядерных реакторов, 2013, вып. 4, с. 61–76.
14. Kornienko Y.N. Effect of Saddle-Shape Transversal Void Fraction on Low Reynolds Number Wall Friction and Heat Transfer in Bubble Flows. Proc. of ICONE-5. Nice, France, 1997, p. 2433.
15. Standart for Verification and Validation in CFD Heat Transfer. An American National Standart, (2009). Available at: www.asme.org (accessed 24.04.2018).
