Математическое моделирование двухфазной среды элементов топливоподающей системы ГБО автотракторной техники
Creators: name: Хакимов Р.Т.
Publisher: name: Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета
Year: 2018
Subjects: НЕСТАЦИОНАРНЫЙ ПРОЦЕСС
ТЕПЛОМАССООБМЕН
СЖИЖЕННЫЙ МЕТАН
КРИОГЕННЫЙ БАК
ТЕПЛОЕМКОСТЬ
ПИКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ
ТЕМПЕРАТУРА
ЗАХОЛАЖИВАНИЕ
NON-STATIONARY PROCESS
HEAT AND MASS TRANSFER
LIQUEFIED METHANE
CRYOGENIC TANK
HEAT CAPACITY
PEAK PRESSURE
TEMPERATURE
COOLING

description: В работе представлена математическая модель процесса захолаживания топливного бака с криогенной жидкостью (сжиженного метана) при заправке, которая представляет собой как трехмерную, так и двухмерную задачу, представленную в декартовой системе координат с учетом нестационарного тепломассообмена истечения двухфазного потока. Для решения данной краевой задачи необходимо учитывать теплофизические свойства метана и его показателей при турбулентном течении, особенности конструкции криогенного бака и специальных изоляционных материалов. Особое внимание в статье отводится исследованию критических показателей давления и температуры сжиженного метана, а также определение теплоемкости в режиме свободного нагреваохлаждения топливоподающей системы газового двигателя и криогенного бака в заполненном состоянии в специальной теплоизоляции. Определение критических параметров давления и температуры рассматривается при условии истечения метана в специальной трубке круглого сечения с целью подачи газа в двухфазном виде к двигателю для дальнейшего преобразования тепловой энергии в механическую. В процессе исследования в работе представлены результаты численного моделирования нестационарного процесса тепломассообмена сжиженного метана в криогенном баке автотракторной техники. Используя пакет прикладных программ FlowVision, можно численно рассчитать переход массовой доли метана из жидкого состояния в газовый. Основная цель данной математической модели определение скорости фазового перехода и подбора теплоизоляционного слоя, а также разработка комплекса научно-технических мероприятий, направленных на продление срока хранения сжиженного метана в криогенном баке в бездренажном режиме.The paper presents a mathematical model of the process of the fuel tank cooling with cryogenic liquid (liquefied methane) during refueling, which is both a three-dimensional and two-dimensional problem represented in the Cartesian coordinate system, taking into account the non-stationary heat and mass transfer of the two-phase flow. To solve this problem it is necessary to take into account the thermal properties of methane and its parameters in turbulent flow, especially the design of the cryogenic tank and special insulation materials. Particular attention is paid to the study of the critical pressure and temperature of liquefied methane, as well as the heat capacity determination in the mode of free heating-cooling of the fuel supply system of the gas engine and cryogenic tank in the filled state in a special thermal insulation. The determination of critical parameters of pressure and temperature is considered under the condition of the methane expiration in a special circular tube in order to supply gas in a two-phase form to the engine for further conversion of thermal energy into mechanical energy. The paper presents the results of numerical simulation of the unsteady process of heat and mass transfer of liquefied methane in the cryogenic tank of automotive engineering. Using the FlowVision application software package, it is possible to calculate numerically the mass fraction transition of methane from a liquid state to a gas state. The main purpose of this mathematical model is to determine the speed of the phase transition and the selection of the thermal insulation layer, as well as the development of a set of scientific and technical measures aimed at extending the shelf life of liquefied methane in a cryogenic tank in a non-drainage mode.