ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПОТОКЕ МЕТАНА В ВИХРЕВОЙ ТРУБЕ РАНКА-ХИЛШЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПОТОКЕ МЕТАНА В ВИХРЕВОЙ ТРУБЕ РАНКА-ХИЛША
DOI:
https://doi.org/10.15673/0453-8307.3/2015.35982Ключевые слова:
вихревая труба Ранка-Хилша, распределение энергии, моделирование больших вихрей, уравнение состояния реального газа, метанАннотация
В настоящем численном исследовании рассмотрено распределение температуры в потоке метана внутри противоточной вихревой трубы Ранка-Хилша. Трехмерная геометрическая модель вихревой трубы была использована для создания вычислительной сетки с высокой плотностью. Рассмотрена вихревая труба с двумя тангенциальными входными соплами, осевым выходом холодного потока и периферийным выходом горячего потока. Метан был использован в качестве флюида вместе с кубическим уравнением состояния Пенга-Робинсона. Были проанализированы такие свойства среды, как полная температура и полное давление для диапазона входных массовых расходов и значений полного давления на входе. Кроме того, было исследовано распределение полного давления и полной температуры вдоль осевого направления. Эффект разделения температуры оказался более значимым для воздуха, чем для метана при всех исследованных давлениях. Созданная модель может быть использована для разработки промышленных вихревых труб для нефтяной и газовой промышленности, где метан является основным продуктом.
Библиографические ссылки
Aljuwayhel, N.F., Nellis, G.F., Klein, S.A., Parametric and internal study of the vortex tube using a CFD model, International Journal of Refrigeration 28 (2005) 442–450.
ANSYS CFX-Solver Theory Guide, SAS IP Inc., Canonsburg, 2013, pp. 109 – 114.
Aydın, O., Baki, M., An experimental study on the design parameters of a counterflow vortex tube, Energy 31 (2006) 2763–2772.
Behera, U., Paul, P.J., Dinesh, K., Jacob, S., Numerical investigations on flow behaviour and energy separation in Ranque–Hilsch vortex tube, International Journal of Heat and Mass Transfer 51 (2008) 6077–6089.
Cockerill, T., Ranque-Hilsch vortex tube, the M.S. Thesis, Engineering Department at Cambridge University, 1995.
Eiamsa-ard, S., Promvonge, P., Numerical simulation of flow field and temperature separation in a vortex tube, International Communications in Heat and Mass Transfer 35 (2008) 937–947.
Eiamsa-ard, S., Experimental investigation of energy separation in a counter-flow Ranque-Hilsch vortex tube with multiple inlet snail entries, International Communications in Heat and Mass Transfer 37 (2010) 637–643.
Farouk, T., Farouk, B., Gutsol, A., Simulation of gas species and temperature separation in the counter-flow Ranque–Hilsch vortex tube using the large eddy simulation technique, International Journal of Heat and Mass Transfer 52 (2009) 3320–3333.
Hilsch, R., The use of the expansion of gases in a centrifugal field as cooling process, Rev. Sci. Instrum. 18 (2) (1947) 108–113.
Linderstrom-Lang, C., Studies on transport of mass and energy in the vortex tube – The significance of the secondary flow and its interaction with the tangential velocity distribution. Riso report, Denmark, September.
Nicoud, F., Ducros, F., Subgrid-scale stress modelling based on the square of the velocity gradient tensor, Flow, Turbulence and Combustion, 62, pp. 183-200, 1999.
Promvonge, P., Eiamsa-ard, S., Investigation on the vortex thermal separation in a vortex tube refrigerator, ScienceAsia 31 (2005) 215-223.
Ranque, G.J., Expériences sur la détente giratoire avec productions simultanés d’un échappement d’air chaud et d’un échappement d’air froid, J. Phys. Radium 4 (7) (1933) 112–114.
Secchiaroli, A., Ricci, R., Montelpare, S., D’Alessandro, V., Numerical simulation of turbulent flow in a Ranque-Hilsch vortex tube, International Journal of Heat and Mass Transfer 52 (2009) 5496–5511.
Versteeg, H.K., Malalasekera, W., An introduction to computational fluid dynamics. The finite volume method, Longman Group Ltd., Essex, 1995, pp. 10 - 24.
Whitson, C.H., Brulé, M.R., Phase Behavior, Henry L. Doherty Memorial Fund of AIME, Society of Petroleum Engineers Inc., Richardson, Texas, 2000, pp. 47 – 52.
