Численное исследование турбулентной структуры потока в канале с внезапным расширением

  • Валеев А.А. Институт механики и машиностроения - обособленное структурное подразделение "Федерального Исследовательского центра "Казанский научный центр Российской академии наук", Россия
  • Снигерев Б.А. Институт механики и машиностроения - обособленное структурное подразделение "Федерального Исследовательского центра "Казанский научный центр Российской академии наук", Россия
УДК: 533.17

Аннотация

Представлены результаты численного моделирования вязкого несжимаемого турбулентного потока в канале с внезапным расширением. Математическая модель основана на использовании осредненных по Рейнольдсу уравнений сохранения массы, количества движения, представленных в эйлеровом виде. Решение поставленной задачи проводилось методом конечных объемов в открытом пакете OpenFOAM с использованием модели турбулентности $k-\epsilon$. Получены результаты скорости потока, кинетической энергии турбулентности, приведенного коэффициента давления вдоль нижней стенки канала и характерные размеры области присоединения потока. Сравнение результатов с экспериментальными данными показало, что предложенный подход актуален для моделирования турбулентных течений.

Ключевые слова: отрывное течение, турбулентность, численное моделирование

Информация об авторах

Айдар Ахатович Валеев
аспирант лаборатории моделирования технологических процессов Института механики и машиностроения ФИЦ «КазНЦ РАН»
e-mail: valei93@mail.ru
Борис Александрович Снигерев
д-р тех. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории моделирования технологических процессов Института механики и машиностроения ФИЦ «КазНЦ РАН»
e-mail: snigerev@imm.knc.ru

Литература

  1. Рейнольдс А.Дж. Турбулентные течения в инженерных приложениях. М.: Энергия: Москва, 1979. 406 c.
  2. Седов Л.И. Механика сплошной среды. В 2-х томах. СПб.: Лань, 2004. 1088 c.
  3. Терехов В.И., Ярыгина Н.И., Жданов Р.Ф. Особенности течения и теплообмена при отрыве турбулентного потока за уступом и ребром // Прикладная механика и техническая физика. 2002. Т. 43. № 6. С. 126–133.
  4. Егоров А.Г., Зоткин В.И., Иванин С.В. Исследование характеристик течения в канале с внезапным расширением // Авиационная и ракетно-космическая техника. 2008. № 3. С. 85–94.
  5. Kim J., Kline S.J., Johnson J.P. Investigation of a Reattaching Turbulent Shear Layer: Flow Over a Backward-Facing Step // Transactions of the ASME. 1980. Vol. 102. P. 302–308.
  6. Бубенчиков А.М., Фирсов Д.К., Котовщикова М.А. Численное решение плоских задач динамической вязкой жидкости методом контрольных объемов на треугольных сетках // Математическое моделирование. 2007. Т. 19. № 6. С. 71–85.
  7. Фомин А.А., Фомина Л.Н. Численное решение задачи течения несжимаемой жидкости в плоском канале с обратным уступом при больших числах Рейнольдса // Вычислительная механика сплошных сред. 2017. Т. 10. № 3. С. 260–275. DOI: 10.7242/1999-6691/2017.10.3.21
  8. Жайнаков А.Ж., Калеева А.К., Курбаналиев А.Ы. Моделирование стационарных отрывных течений в пакете OpenFOAM // Математика, математическое моделирование и физика. 2014. № 32. № 3. С. 25–29.
  9. Казанцев А.А., Анисонян В.Р. Моделирование 3D-течения CFD-кодом OpenFOAM // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2010. № 4. С. 183–192.
  10. Hackman L.P., Raithby G.D., Strong A.B. Numerical predictions of flows over backward-facing steps // International journal for numerical methods in fluids. 1984. Vol. 4. P. 711–724.
  11. Dong H., Li Z., Gao G., Shi Z., Guo J., Tang W. Numerical Investigation of Flow past a Backward-facing Step Using a Multi-scale Turbulence Model // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 654. P. 45–50. DOI:10.4028/www.scientific.net/AMM.654.45
  12. Weller H.G., Tabor G., Jasak H. A Tensorial Approach to Computational Continuum Mechanics Using Object Oriented Tecniques // Computers in Physics. 1998. Vol. 12. P. 620–631.
  13. Харламов С.Н. Алгоритмы при моделировании гидродинамических процессов. Томск.: ТПУ, 2008. 80 c.
Страницы
17-23
Раздел
Механика
Прислано
2018-09-05
Опубликовано
2018-12-21