Численное исследование турбулентной структуры потока в канале с внезапным расширением
УДК
533.17DOI:
https://doi.org/10.31429/vestnik-15-4-17-23Аннотация
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 моделированиеБиблиографические ссылки
- Рейнольдс А.Дж. Турбулентные течения в инженерных приложениях. М.: Энергия: Москва, 1979. 406 c. [Reynolds A.J. Turbulentnye techeniya v inzhenernykh prilozheniyakh [Turbulent flows in engineering applications]. Moscow, Energiya Publ., 1979, 406 p. (In Russian)]
- Седов Л.И. Механика сплошной среды. В 2-х томах. СПб.: Лань, 2004. 1088 c. [Sedov L.I. Mekhanika sploshnoy sredy [Continuum mechanics]. St. Petersburg, Lan' Publ., 2004, 1088 p. (In Russian)]
- 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. [Terekhov V.I., Yarygina N.I., Zhdanov P.F. Osobennosti techeniya i teploobmena pri otryve turbulentnogo potoka za ustupom i rebrom [Peculiarities of flow and heat transfer in the separation of a turbulent flow behind a ledge and an edge]. Prikladnaya mekhanika i tekhnicheskaya fizika [Applied Mechanics and Technical Physics], 2002, no. 6, pp. 126–133. (In Russian)]
- 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. [Egorov A.G., Zotkin V.I., Ivanin C.V. Issledovaniye kharakteristik techeniya v kanale s vnezapnym rasshireniyem [Investigation of flow characteristics in a channel with sudden expansion]. Aviatsionnaya i raketno-kosmicheskaya tekhnika [Aviation and space-rocket technology], 2008, no. 3, pp. 85–94. (In Russian)]
- 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.
- 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. [Bubenchikov A.M., Firsov D.K., Kotovshchikova M.A. Chislennoye reshcheniye ploskikh zadach dinamicheskoy vyazkoy zhidkosti metodom kontrol'nykh ob"yemov na treugol'nykh setkakh [Numerical reconstruction of plane problems of a dynamic viscous fluid by the method of control volumes on triangular grids]. Matematicheskoye modelirovaniye [Mathematical modeling], 2007, vol. 19 no. 6, pp. 71–85. (In Russian)]
- 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 [Fomin A.A., Fomina L.N. Chislennoye resheniye zadachi techeniya neszhimayemoy zhidkosti v ploskom kanale s obratnym ustupom pri bol'shikh chislakh Reynol'dsa [Numerical solutions of 2D steady incompressible backward-facing step flow at high Reynolds numbers]. Vychislitel'naya mekhanika sploshnykh sred [Computational continuum mechanics], 2017, no. 3, pp. 260–275. DOI: 10.7242/1999-6691/2017.10.3.21 (In Russian)]
- 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. [Zhaynakov A.Zh., Kaleeva A.K., Kurbanaliev A.Y. Modelirovaniye statsionarnykh otryvnykh techeniy v pakete OpenFOAM [Simulation of stationary detached flows in the OpenFOAM package]. Matematika, matematicheskoye modelirovaniye i fizika [Mathematics, mathematical modeling and physics], 2014, no. 32, pp. 25–29. (In Russian)]
- Казанцев А.А., Анисонян В.Р. Моделирование 3D-течения CFD-кодом OpenFOAM // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2010. № 4. С. 183–192. [Kazantsev A.A., Anisonyan V.R. Modelirovaniye 3D-techeniya CFD-kodom OpenFOAM [Modeling of the 3D-flow by CFD-code OpenFOAM]. Izvestiya vuzov. Yadernaya energetika [News of higher education institutions. Nuclear energy], 2010, no. 4, pp. 183–192. (In Russian)]
- 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.
- 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
- 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.
- Харламов С.Н. Алгоритмы при моделировании гидродинамических процессов. Томск.: ТПУ, 2008. 80 c. [Harlamov S.N. Algoritmy pri modelirovanii gidrodinamicheskikh protsessov [Algorithms for modeling hydrodynamic processes]. TPU, Tomsk, 2008, 80 p. (In Russian)]
Скачивания
Данные по скачиваниям пока не доступны.
Загрузки
Даты
Поступление
5 сентября 2018
После доработки
13 октября 2018
Публикация
21 декабря 2018
Как цитировать
[1]
Валеев, А.А., Снигерев, Б.А., Численное исследование турбулентной структуры потока в канале с внезапным расширением. Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества, 2018, т. 15, № 4, pp. 17–23. DOI: 10.31429/vestnik-15-4-17-23
Лицензия
Copyright (c) 2018 Валеев А.А., Снигерев Б.А.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
