avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2024-8-3-98-106BVJEFSavroen-68Research ArticleАВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКАAVIATION AND ROCKET-SPACE ENGINEERINGТеоретико-экспериментальные исследования влияния параметров газового потока на унос капель жидкости из экспериментальной ёмкостиTheoretical and experimental studies of the influence of gas flow parameters on the entrainment of liquid droplets from an experimental vesselhttps://orcid.org/0000-0002-8837-7050УрбанскийВ. А.UrbanskyV. A.

Урбанский Владислав Александрович, кандидат технических наук, младший научный сотрудник НИЛ «Проектирование специальных бортовых систем ракет-носителей и космических аппаратов», ассистент кафедры «Авиа- и ракетостроение» 

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (SCOPUS): 57214753501

Urbansky Vladislav  Aleksandrovich,  Candidate of Technical Sciences, Junior Researcher of Design of Special on-board Systems of Launch Vehicles and Spacecraft’s Research Laboratory, Assistant of Aircraft and Rocket Building Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

AuthorID (SCOPUS): 57214753501

 

vladurba95@gmail.comПетрукА. А.PetrukA. A.

Петрук Антон Андреевич, инженер НИЛ «Проектирование специальных бортовых систем ракет-носителей и космических аппаратов»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

 

 

Petruk Anton Andreevich, Engineer of Design of Special on-board Systems of Launch Vehicles and Spacecraft’s Research Laboratory

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

apetruk1800@gmail.comОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation2024300920248398106Copyright © Урбанский В.А., Петрук А.А., 20242024Урбанский В.А., Петрук А.А.Urbansky V.A., Petruk A.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/68

На основе математического моделирования получены значения скоростей над поверхностью жидкости в экспериментальной ёмкости для обеспечения условия отрыва и уноса капель. Разработана программа физических экспериментов по уносу капель жидкости из экспериментальной ёмкости. Проведено физическое моделирование уноса капель жидкости из экспериментальной ёмкости, которое показало, что процент отделения жидкой фазы сепаратором увеличивается с увеличением температурного режима входного газового потока. При температуре входного газового потока равной 20 ºС процент отделения составил 62 %, при 30 ºС — 69 %, при 35 ºС — 70 %, при 40 ºС — 78 %.

On the basis of mathematical modeling, the values of velocities above the liquid surface in the experimental vessel are obtained to ensure the condition of droplet detachment and entrainment. The program of physical experiments on the entrainment of liquid droplets from experimental vessel is developed. Physical modeling of liquid droplets entrainment from experimental vessel is carried out, which showed that the separated mass of liquid significantly depends on the parameters of the gas flow at the inlet to experimental vessel (temperature, flow velocity). At the temperature of the inlet gas flow equal to 20 °C the percentage of separation ts 62 %, at 30 ºC — 69 %, at 35 ºC — 70 %, at 40 ºC — 78 %.

центробежный сепараторкапли жидкостискорость газового потокакритерии подобияпараметры газового потокадвухфазный потокунос капель жидкостипассивацияcentrifugal separatorliquid dropletsgas flow velocitysimilarity criteriagas flow parameterstwo-phase flowliquid droplet entrainmentpassivationИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00531The research is funded by the Russian Science Foundation No. 23-29-00531ReferencesГОСТ Р. 52925-2018. Изделия космической техники. Общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства. Введ. 01–01–2019. Москва: Стандартинформ, 2018. 11 с.GOST R. 52925-2018. Izdeliya kosmicheskoy tekhniki. Obshchiye trebovaniya k kosmicheskim sredstvam po ogranicheniyu tekhnogennogo zasoreniya okolozemnogo kosmicheskogo prostranstva [Space technology items. General requirements for space vehicles for near-earth space debris mitigation]. Moscow, 2018. 11 p. (In Russ.).NASA-STD-8719.9. Lifting Standard. URL: https://standards.globalspec.com/std/13107882/NASA-STD-8719.9 (дата обращения: 21.04.2024).NASA-STD-8719.9. Lifting Standard. URL: https://standards.globalspec.com/std/13107882/NASA-STD-8719.9 (accessed: 21.04.2024). (In Engl.).IADC-02-01. Space Debris Mitigation Guidelines. URL: https://newspaceeconomy.ca/wp-content/uploads/2022/09/iadc-space-debris-guidelines-revision-2.pdf (дата обращения: 21.04.2024).IADC-02-01. Space Debris Mitigation Guidelines. URL: https://newspaceeconomy.ca/wp-content/uploads/2022/09/iadcspace-debris-guidelines-revision-2.pdf (accessed: 21.04.2024). (In Engl.).Trushlyakov V., Urbansky V. Risk reduction of tank explosion based on passivation of unusable propellant residues // Journal of Space Safety Engineering. 2023. Vol. 10, Issue 4. P. 522–530. DOI: 10.1016/j.jsse.2023.09.005. EDN: KQXBNA.Trushlyakov V., Urbansky V. Risk reduction of tank explosion based on passivation of unusable propellant residues // Journal of Space Safety Engineering. 2023. Vol. 10, Issue 4. P. 522–530. DOI: 10.1016/j.jsse.2023.09.005. EDN: KQXBNA. (In Engl.).Briot D. Impacts of the Space Debris Mitigation Rules on the Spacecraft Design in Airbus Defence and Space // Proceedings of the 7th European Conference on Space Debris, Darmstadt, Germany, April 2017 / Eds. T. Flohrer, F. Schmitz. ESA Space Debris Office. URL: https://conference.sdo.esoc.esa.int/proceedings/sdc7/paper/878/SDC7-paper878.pdf (дата обращения: 12.04.2024).Briot D. Impacts of the Space Debris Mitigation Rules on the Spacecraft Design in Airbus Defence and Space // Proceedings of the 7th European Conference on Space Debris, Darmstadt, Germany, April 2017 / Eds. T. Flohrer, F. Schmitz. ESA Space Debris Office. URL: https://conference.sdo.esoc.esa.int/proceedings/sdc7/paper/878/SDC7-paper878.pdf (accessed: 12.04.2024). (In Engl.).Inoue Ch., Maeda I. On the droplet entrainment from gassheared liquid film // Physics of Fluids. 2021. Vol. 33 (1). 011705. DOI: 10.1063/5.0038399.Inoue Ch., Maeda I. On the droplet entrainment from gassheared liquid film // Physics of Fluids. 2021. Vol. 33 (1). 011705. DOI: 10.1063/5.0038399. (In Engl.).Минко К. Б., Артемов В. И., Яньков Г. Г. [и др.]. Численное моделирование конденсации пара при течении парогазовой смеси в канале переменного сечения с пучком гладких горизонтальных труб // Теплоэнергетика. 2019. № 12. С. 68–76. DOI: 10.1134/S0040363619120063. EDN: AAFLQP.Minko K. B., Artemov V. I., Yan’kov G. G. [et al.]. Chislennoye modelirovaniye kondensatsii para pri techenii parogazovoy smesi v kanale peremennogo secheniya s puchkom gladkikh gorizontal’nykh trub [Numerical simulation of steam condensation in a steam-gas mixture flow in a variablesection channel with a bundle of smooth horizontal tubes] // Teploenergetika. Thermal Engineering. 2019. No. 12. P. 68–76. DOI: 10.1134/S0040363619120063. EDN: AAFLQP. (In Russ.).Минко М. В., Ягов В. В. Моделирование распределения жидкости между ядром и пленкой в адиабатных дисперсно-кольцевых двухфазных потоках // Теплоэнергетика. 2014. № 1. С. 68. DOI: 10.1134/S0040363614010093. EDN: RPARCD.Minko M. V., Yagov V. V. Modelirovaniye raspredeleniya zhidkosti mezhdu yadrom i plenkoy v adiabatnykh dispersnokol’tsevykh dvukhfaznykh potokakh [Modeling the distribution of liquid between the flow core and film in adiabatic annular two-phase flows] // Teploenergetika. Thermal Engineering. 2014. No. 1. P. 68. DOI: 10.1134/S0040363614010093. EDN RPARCD. (In Russ.).Wang K., Bai B., Ma W. A model for droplet entrainment in churn flow // Chemical Engineering Science. 2013. Vol. 104. P. 1045–1055. DOI: 10.1016/j.ces.2013.10.028.Wang K., Bai B., Ma W. A model for droplet entrainment in churn flow // Chemical Engineering Science. 2013. Vol. 104. P. 1045–1055. DOI: 10.1016/j.ces.2013.10.028. (In Engl.).Berna C., Escrivá A., Muñoz-Cobo J. L. [et al.]. Review of droplet entrainment in annular flow: Interfacial waves and onset of entrainment // Progress in Nuclear Energy. 2014. Vol. 74. P. 14–43. DOI: 10.1016/j.pnucene.2014.01.018.Berna C., Escrivá A., Muñoz-Cobo J. L. [et al.]. Review of droplet entrainment in annular flow: Interfacial waves and onset of entrainment // Progress in Nuclear Energy. 2014. Vol. 74. P. 14–43. DOI: 10.1016/j.pnucene.2014.01.018. (In Engl.).Zdornikov S. A., Isaenkov S. V., Cherdantsev A. V. Axial and azimuthal development of disturbance waves in annular flow in a horizontal pipe // International Journal of Multiphase Flow. 2024. Vol. 172. 104704. DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2023.104704.Zdornikov S. A., Isaenkov S. V., Cherdantsev A. V. Axial and azimuthal development of disturbance waves in annular flow in a horizontal pipe // International Journal of Multiphase Flow. 2024. Vol. 172. 104704. DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2023.104704. (In Engl.).Durve A. P., Patwardhan A. W. Numerical and experimental investigation of onset of gas entrainment phenomenon // Chemical Engineering Science. 2012. Vol. 73. P. 140–150. DOI: 10.1016/j.ces.2012.01.030.Durve A. P., Patwardhan A. W. Numerical and experimental investigation of onset of gas entrainment phenomenon // Chemical Engineering Science. 2012. Vol. 73. P. 140–150. DOI: 10.1016/j.ces.2012.01.030. (In Engl.).Mondal A., Sharma S. L. Prediction of entrainment fraction in two-phase gas-liquid co-current annular flow-A machine learning approach // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2024. Vol. 226. 125499. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.125499.Mondal A., Sharma S. L. Prediction of entrainment fraction in two-phase gas-liquid co-current annular flow-A machine learning approach // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2024. Vol. 226. 125499. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.125499. (In Engl.).Fluent A. Ansys fluent theory guide. Ansys Inc., USA, 2011. Р. 724–746. URL: https://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/th/main_pre.htm (дата обращения: 12.04.2024).Fluent A. Ansys fluent theory guide. Ansys Inc., USA, 2011. Р. 724–746. (In Engl.). URL: https://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/th/main_pre.htm (accessed: 12.04.2024). (In Engl.).Кутателадзе С. С., Стырикович М. А. Гидродинамика газожидкостных систем / под ред. И. В. Волобуева, Н. М. Пеунова. 2-е изд., перераб. и доп. Москва: Энергия, 1972. 296 с.Kutateladze S. S., Styrikovich M. A. Gidrodinamika gazozhidkostnykh system [Hydrodynamics of gas-liquid systems] / Ed. by I. V. Volobuyeva, N. M. Peunova. 2nd ed. Moscow, 1972. 296 p. (In Russ.).TEPLOCONTROL-C: приборы регулирования и контроля технологических процессов. URL: https://teplocontrol-c.ru/katalog/4355.html?ysclid=lr4uhs3ebx282428924 (дата обращения: 02.03.2024).TEPLOCONTROL-C: pribory regulirovaniya i kontrolya tekhnologicheskikh protsessov [TEPLOCONTROL-C: devices for regulation and control of technological processes]. URL: https://teplocontrol-c.ru/katalog/4355.html?ysclid=lr4uhs3ebx282428924 (accessed: 02.03.2024). (In Russ.).Промышленная автоматизация. URL: https://industriation.ru/162727/ (дата обращения: 02.03.2024).Promyshlennaya avtomatizatsiya [Industrial automation]. URL: https://industriation.ru/162727/ (accessed: 02.03.2024). (In Russ.).Промышленная автоматизация. URL: https://industriation.ru/565403/ (дата обращения: 12.04.2024).Promyshlennaya avtomatizatsiya [Industrial automation]. URL: https://industriation.ru/565403/ (accessed: 12.04.2024). (In Russ.).Продажа и ремонт компрессорного оборудования Бежецкого завода АСО // B-Compressor.ru. URL: https://b-compressor.ru/product/resiver-dlya-kompressorak22?ysclid=lr4uspj9b5528956702 (дата обращения: 12.04.2024).Prodazha i remont kompressornogo oborudovaniya Bezhetskogo zavoda ASO [Sales and repair of compressor equipment by Bezhetsk zavod ASO] // B-Compressor.ru. B-Compressor.ru. URL: https://b-compressor.ru/product/resiverdlya-kompressora-k22?ysclid=lr4uspj9b5528956702 (accessed: 12.04.2024). (In Russ.).A-FLOW F-VF200 Расходомеры акриловые // Новые технологии. URL: https://aflow.nt-rt.ru/price/catalog/164152?ysclid=lr4uw85xrt448164401 (дата обращения: 12.04.2024).A-FLOW F-VF200 Raskhodomery akrilovyye [A-FLOW F-VF200 Flow meters acrylic] // Novyye tekhnologii. New Technologies. URL: https://aflow.nt-rt.ru/price/catalog/164152?ysclid=lr4uw85xrt448164401 (accessed: 12.04.2024). (In Russ.).Лабораторные весы ВЕСТА ВМ-510ДМ // Юмета-Казань. URL: https://u-ves.ru/catalog/vesy/laboratornye_vesy/laboratornye_vesy_vm_510dm/?utm_source=yandex&utm_medium=cpc&utm_campaign=Dinamika_Kazan&utm_content=10010167392&utm_term=&yclid=3385249188704944127 (дата обращения: 12.04.2024).Laboratornyye vesy VESTA VM-510DM [Laboratory scales VESTA VM-510DM] // Yumeta-Kazan’. Yumeta-Kazan’. URL: https://u-ves.ru/catalog/vesy/laboratornye_vesy/laboratornye_vesy_vm_510d/?utm_source=yandex (accessed: 12.04.2024). (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.