У роботі розглянуто розподіл температури в потоці метану всередині протиточної
вихрової труби Ранка-Хілша. Тривимірна геометрична модель вихрової труби була
використана для створення обчислювальної сітки з високою щільністю. Розглянуто вихрову трубу з двома тангенціальними вхідними соплами, осьовим виходом холодного потоку і периферійним виходом гарячого потоку. Метан був використаний в якості флюїду разом з кубічним рівнянням стану Пенга-Робінсона. Були проаналізовані такі властивості середовища як повна температура і повний тиск для діапазону вхідних масових витрат і значень повного тиску на вході. Крім того, було досліджено розподіл повного тиску і повної температури уздовж осьового напрямку. Ефект розподілу температури виявився більш значущим для повітря, ніж для метану при всіх досліджених тисках. Створена модель
може бути використана для розробки промислових вихрових труб для нафтової і газової промисловості, де метан є основним продуктом.
Ключові слова: вихрова труба Ранка-Хілша; розподіл енергії; моделювання великих вихорів; рівняння стану реального газу; метан
In present numerical research, the temperature separation in methane stream within a counter flow Ranque-Hilsch vortex tube was investigated. A complete three-dimensional geometry of the vortex tube was used to generate a high-density computational grid. A vortex tube with two tangential inlet nozzles, an axial cold stream outlet and a circumferential hot stream outlet was considered. Methane was used as a fluid along with Peng-Robinson cubic equation of state. Fluid properties like total temperature and total pressure were analyzed for a range of inlet mass flow rates and inlet total pressure values. Also the total pressure and total temperature distribution along the axial direction was investigated. The temperature separation effect is more significant for air then for methane at all investigated pressures. Created model can be used to design industrial vortex tubes for oil and gas industry where methane is a main product.
Key words: Ranque-Hilsch vortex tube; Energy separation; Large eddy simulation; Real gas equation of state; Methane
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.
Ключевые слова: вихревая труба Ранка-Хилша; распределение энергии; моделирование больших вихрей; уравнение состояния реального газа; метан
