Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

77-30569/345773 К построению математической модели явления ролловер в хранилище СПГ

# 03, март 2012
Файл статьи: Королев_P.pdf (347.07Кб)
автор: Королев Н. С.

УДК 629.7.082.6

МГТУ им. Н.Э. Баумана

hocleric@rambler.ru

Сжиженный природный газ (СПГ) – новое альтернативное горючее, до сих пор не применявшееся в ракетно-космической технике, имеет ряд преимуществ перед ракетным керосином Т-1[1]. Однако существуют и недостатки при применении СПГ.

Уникальным для данного горючего является возможность протекания явления ролловера, возникающего при дозаправке емкости системы заправки новой дозой, физические параметры которой отличаются от имеющейся. По этой причине происходит стратификация СПГ на два горизонтальных слоя. Нижний слой за счет внешнего теплопритока перегревается и аккумулирует часть тепла, не успевая передать его на верхний.

При возникновении явления ролловера происходит интенсивное перемешивание, а накопленное тепло уходит на фазовый переход части жидкости, тем самым увеличивая давление в газовой подушке. Такой неконтролируемый рост давления может привести к повреждению хранилища и самой системы заправки.

Рис. 1. Стадии протекания явления ролловера

 

СПГ является многокомпонентной смесью различных углеводородов и азота, однако существенное влияние на возникновение явления ролловер оказывает именно пара этан-метана [2], поскольку концентрация этих веществ в начальный момент времени наиболее весома.

Решение задачи явления ролловера следует искать в решении задачи в области термодинамики необратимых процессов:

,

где       - средняя плотность смеси,

       - плотности каждого компонента смеси,

       - средняя энтальпия смеси,

       - энтальпия каждого компонента смеси,

       - коэффициент теплопроводности,

       - температура,

       - плотность потока массы для первого компонента смеси,

       - концентрации компонентов.

Поскольку в протекающем явлении происходит не только концентрационная диффузия, но и термо- и  бародиффузия, молекулярный массоперенос будет определяться как:

       - коэффициент взаимодиффузии,

,  - коэффициенты термо- и бародиффузии,

 - давление,

       - термодиффузионное отношение ,

       - бародиффузионное отношение,

       - молекулярные массы компонентов и смеси соответственно.

Тогда с учетом всех подстановок получим выражение математической модели поведения жидкости при возникновении явления ролловер:

.

На основе представленной математической модели был проведен расчет явления ролловер для горизонтального 200 м3 хранилища СПГ [3] при начальном относительном объеме нижнего и верхнего слоя 0,4 и 0,5 соответственно. Результаты расчета представлены в таблице 1, на рис. 2 и на рис. 3.

Таблица 1.

Результаты расчета параметров СПГ для хранилища объемом 200 м3

Время, мин

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Температура верхнего слоя, К

120,85

120,85

120,85

120,85

120,85

120,85

120,85

120,85

120,85

Температура нижнего слоя, К

123,58

126,54

129,59

132,72

135,94

139,27

142,71

146,26

149,95

Плотность теплового потока к верхнему слою, Вт/м2

0,129

0,129

0,129

0,129

0,129

0,129

0,129

0,129

0,129

Плотность теплового потока к нижнему слою, Вт/м2

0,126

0,126

0,126

0,126

0,126

0,126

0,126

0,126

0,126

Плотность теплового потока между слоями, Вт/м2

0,0001

0,0003

0,0004

0,0005

0,0007

0,0008

0,001

0,001

0,001

Плотность верхнего слоя, кг/м3

414,74

414,74

414,74

414,74

414,74

414,74

414,74

414,74

414,74

Плотность нижнего слоя, кг/м3

448,61

444,52

440,32

436,01

431,56

426,98

422,24

417,33

412,23

Теплота, подведенная к верхнему слою, Дж

23283

23267

23252

23236

23220

23203

23185

23167

23148

Теплота, подведенная к нижнему слою, Дж

22885

22899

22915

22931

22947

22964

22981

22999

23018

Изменение температуры верхнего слоя за время, К

2,535

Е-05

2,535

Е-05

2,535

Е-05

2,535

Е-05

2,535

Е-05

2,535

Е-05

2,535

Е-05

2,535

Е-05

2,535

Е-05

Изменение температуры нижнего слоя за время, К

2,967

3,046

3,131

3,223

3,325

3,436

3,558

3,694

3,847

 

Рис. 2. График изменения плотности слоев

 

Рис. 3. График изменения температуры слоев

 

На последнем этапе, когда плотности слоев становятся равными, происходит перемешивание двух слоев жидкости. Накопленное тепло в нижнем слое выходит в виде пара наружу. Проведенный расчет позволяет определить разницу температур между слоями в момент перемешивания. Из чего возможно определение количества испарившегося газа, а так же значение повышения давления в газовой подушке хранилища СПГ.

 

Литература

1.     Исследование вопросов производства и использования СПГ в качестве альтернативного топлива в различных отраслях народного хозяйства. М., Отчет «Крион» при МЭИ. 1994.

2.     ТУ 021 00480689-96 Газ горючий природный сжиженный. Топливо для ракетной техники. СПб., ГИПХ. 1996.

3.     Архаров А.М., Кунис И.Д. Криогенные заправочные системы стартовых ракетно-космических комплексов. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2006, 252 с.

Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2017 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)