NUMERICAL SIMULATION OF THE INTERACTION BETWEEN A WAVE IN HYDROGEN AND A BARRIER IN A MODEL CHANNEL

The paper considers the influence of physical and mechanical characteristics (PMC) of materials of the constructions to propagate acoustic waves in gas at a model channel. The research of the influence of PMC materials, pipelines, in particular, on the propagation of wave processes is associated with the problem of noise that arises during the transportation of natural gas and hydrogen-containing mixtures. The problem of noise is especially relevant given the forecasts for the development of the hydrogen energy transportation and storage industry. Modeling of acoustic processes is often associated with the sources of occurrence and propagation in the simulated environment. In this case, the possible occurrence of the resonance phenomena or processes of attenuation of acoustic waves in the dynamic gas-structure system are not taken into account. The boundary value problem is formulated in a bidirectional interaction statement (2-way Fluid-Structure Interaction or 2FSI) between the deformable structure and the hydrogen flow. Predicting the behavior of the pipeline structure in a model representation under the influence of gas during transportation will make it possible to select the optimal PMC material to reduce the acoustic impact both inside and outside the channel. The research presented in this work is carried out using the ANSYS engineering analysis system, which allows modeling the processes under consideration in the 2FSI statement. The paper analyzes the behavior of a wave generated by a unimodal sound source interacting with a barrier clamped in a rectangular pipe. The main results of the research are presented in the form of dependencies of the pressure amplitude versus time at characteristic points; the dependence of displacement versus time of the model barriers made of different PMC materials; the dependencies of changes in pressure and displacement for different working fluids.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ ВОЛНЫ ВОЗМУЩЕНИЯ В ВОДОРОДЕ И ПЕРЕГОРОДКИ В МОДЕЛЬНОМ КАНАЛЕ

Рассматриваются вопросы влияния физико-механических характеристик материала конструкции на распространение акустических волн в газе в модельном канале. Исследование влияния материала конструкции, в частности трубопроводов, на распространение волновых процессов связано с проблемой шума, возникающего при транспортировке природного газа и водородсодержащих смесей. Особенно актуальной является проблема шума с учетом прогнозов по развитию отрасли транспортировки и хранения водородной энергетики. Моделирование акустических процессов зачастую связано с источниками возникновения и распространения в моделируемой среде. При этом не учитываются возможное возникновение резонансных явлений или процессов ослабления акустических волн в динамической системе «газ – конструкция». Краевая задача сформулирована в постановке двунаправленного взаимодействия (2-way Fluid-Structure Interaction, или 2FSI) между деформируемой конструкцией и потоком водорода. Прогнозирование поведения конструкции трубопровода в модельном представлении при воздействиях газа в процессе транспортировки позволит подобрать оптимальный вариант материала для снижения акустического воздействия как внутри канала, так и за его пределами. Исследования, приведенные в данной работе, осуществляются с использованием системы инженерного анализа ANSYS, позволяющей моделировать рассматриваемые процессы в 2FSI-постановке. В работе приводится анализ поведения волны, генерируемой одномодальным источником звука, взаимодействующей с перегородками, защемленными в трубе прямоугольного сечения. Представлены основные результаты исследования в виде зависимости амплитуды давления от времени в характерных точках; зависимости перемещений от времени модельных перегородок из различных материалов; зависимости изменения давления и перемещения для разных рабочих тел.