МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХФАЗНЫХ ТЕЧЕНИЙ В АДАПТИВНЫХ КАПИЛЛЯРНЫХ МОДУЛЯХ

Автор: Анатолий Олегович Городнов

Соавторы: Сидоренко Н. Ю., Иванов М. Ю.

Организация: АО ГНЦ "Центр Келдыша"

При проектировании заборных устройств баков летательных аппаратов различного назначения возникает проблема сепарации газовых включений из потока топлива, поступающего в магистрали двигательной установки [1]. Для реализации данной задачи широко применяются системы на основе пористых сетчатых материалов (ПСМ). Данные материалы обладают способностью задерживать газовые пузыри за счет капиллярных эффектов, которые реализуются в силу наличия в ПСМ пор малого, порядка десятков микрон, размера [2]. В большинстве известных приложений фильтроэлементы из ПСМ жестко размещаются в каналах и трактах баковых систем. Однако, в последнее время отечественными исследователями предложены варианты конструкции заборных устройств, обладающие способностью деформироваться под действием гидродинамических сил и собственной жесткости [3]. Подобный тип систем отбора топлива, называемый адаптивными капиллярными модулями (АКМ), может быть перспективен в качестве более эффективной с точки зрения незабираемых остатков топлива альтернативы традиционным устройствам в случае наличия переменных по амплитуде и направлению перегрузок.

На этапе исследования и предварительного проектирования АКМ применительно к различным приложениям целесообразно использовать методы математического моделирования. Одним из наиболее распространенных и доступных в различных коммерческих и открытых CFD кодах подходов является метод VOF. В рамках данного подхода при описании течений в капиллярных устройствах возникает проблема существенной разности пространственных масштабов задачи, лимитируемых, с одной стороны, макроскопическими размерами бака, имеющими порядок величины 1-10 м, а с другой, микроскопическими размерами пор ПСМ, имеющими порядок величины 10 мкм. Также при моделировании течений в подобных устройствах нужно учитывать гидравлическое сопротивление ПСМ [4], которое во многом может определять процессы формирования разряжения давления внутри АКМ и ускорять прорыв газовой фазы через проницаемые элементы конструкции. В представленном докладе была валидирована разработанная совместно с РФЯЦ ВНИИЭФ методика учета гидросопротивления и капиллярных эффектов в виде специальных граничных условий (Рис.). Данный подход реализован в ПП «Логос-Аэрогидро» [5], и используется в дальнейших исследовательских работах по моделированию процессов в заборных устройствах на основе ПСМ

1. Багров В.В., Курпатенков А.В., Поляев В.М., Синцов А.Л., Сухоставец В.Ф. Капиллярные системы отбора жидкости из баков космических летательных аппаратов. Москва, Энергомаш, 1997. 328 с.

2. Shukla, P., Dreyer, M. Phase Separation through Screen Channel Liquid Acquisition Devices in Microgravity. Microgravity Sci. Technol. 2024, vol. 36, pp. 1-24.

3. Ivanov M.Yu., Resh G.F. Theoretical Justification of Experimental Investigation of Gravity-Capillary Method for Gas-Liquid Mixtures Intake. Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1391, no. 012079. DOI: 10.1088/1742-6596/1391/1/012079.

4.Fischer A., Gerstmann J. Flow Resistance of Metallic Screens in Liquid, Gaseous and Cryogenic Flow. 5th European Conference for Aeronautics and Space Sciences (EUCASS), München, 1–5 July 2013, pp. 1–12

5.В. Лашкин, А.С. Козелков, Д.П. Мелешкина, А.В. Ялозо, Н.В. Тарасова. Моделирование течений вязкой несжимаемой жидкости разделенным и совмещенным алгоритмом типа SIMPLE // Математическое моделирование. 2016. Т. 28. № 6. С. 64-76