МОДЕЛЮВАННЯ БАГАТОФАЗНИХ ТЕЧІЙ ЗАСОБАМИ СУЧАСНИХ ПАКЕТІВ ПРИКЛАДНИХ ПРОГРАМ
DOI:
https://doi.org/10.31498/2522-9990232020241172Ключові слова:
динаміка рідини, рівняння Нав’є-Стокса, обчислювальна гідродинаміка, багатофазна течія, комп’ютерна модель, модель розподіленої багатофазної течії, дисперсна модель, функція фазового поля, рівняння переносу, барботування, циркуляційна течія, вихори Маффата, зони застоюАнотація
В роботі розглянута фізика багатофазних течій, математичні моделі гомогенних та гетерогенних течій. Проаналізований стан сучасної обчислювальної гідродинаміки та можливості сучасних інженерних пакетів прикладних програм для проведення комп’ютерного моделювання. Виділено два підходи, які можуть бути використані для моделювання багатофазних течій: моделі розподіленої течії та дисперсні моделі. Розглянуто можливості сконфігурованих фізичних інтерфейсів пакету Comsol Multiphysics, що реалізують методи моделювання багатофазних течій: системи рівнянь, що в них закладені, їх можливості та обмеження, галузі застосування, точність визначення положення міжфазної границі, можливість моделювання турбулентності. Сформульовані директиви вибору моделі багатофазної течії в залежності від поставленої задачі. Поставлена задача та побудована дисперсна модель для дослідження перемішування рідини в замкнутій ємності при інжектуванні газової фази знизу, використовуючи Bubble Flow інтерфейс пакету Comsol. Описано етапи настроювання фізичного інтерфейсу, постановку початкових та граничних умов, побудову розрахункової сітки. Досліджено фізичний процес на основі отриманих результатів: діаграм об’ємної концентрації газової фази та діаграм модуля швидкості рідкої фази із лініями течії. Зроблено висновок про утворення циркуляційної течії із великою областю циркуляції всередині та вихорами зворотної циркуляції Маффата у кутах. Визначено характер течії, час переходу течії до стаціонарного стану, можливі зони застою рідини.
Посилання
Михеева Е.В. Поверхностные явления и дисперсные системы. Коллоидная химия. Сборник примеров и задач / Е. В. Михеева, Н. П. Пикула, С. Н. Карбаинова. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 116 с.
Соу С. Л. Гидродинамика многофазных систем / С. Л. Соу. – М., 1971. – 536 c.
Нигматулин Р. І. Основы механики гетерогенных сред / Р. І. Нигматулин. – М., 1978. – 336 с.
Белоцерковский О. М. Численное моделирование в механике сплошных сред / О. М. Белоцерковский – М. : Физматлит, 1994. – 448 с.
Голубєв С. О. Засоби комп’ютерного моделювання в галузі обчислювальної гідродинаміки / С. О. Голубєв, О. Г. Лебіль, Д. І. Черній // Математичне моделювання в економіці. – 2019. – № 2 (15). – С. 21-38.
Хмельник С. И. Уравнения Навье-Стокса. Существование и метод поиска глобального решения. / С. И. Хмельник. – Израиль: MiC, 2010. – 106 с.
Han J. Liquid phase mass transfer coefficient of carbon dioxide absorption by water droplet / J. Han, D. A. Eimer, M.C. Melaaen // Energy Procedia. – 2013. – Vol. 37. – 1728-1735 pp.
