Численное моделирование турбулентного течения во вращающемся канале прямоугольного сечения с поворотом на 90°

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе проведено численное моделирование турбулентного течения во вращающемся канале прямоугольного сечения с поворотом на 90° методом WMLES, исследовано влияние вращения на структуру течения. Выполнено исследование точности различных полуэмпирических моделей турбулентности для замыкания уравнений Рейнольдса для течений данного типа путем сравнения с результатами WMLES как при наличии вращения, так и при его отсутствии.

Об авторах

В. Д. Голубков

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, лаборатория “Вычислительная гидроаэроакустика и турбулентность”

Email: golubkovvd@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Гарбарук

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, лаборатория “Вычислительная гидроаэроакустика и турбулентность”

Автор, ответственный за переписку.
Email: golubkovvd@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Pallares J., Davidson L. Large-eddy Simulation of Turbulent Flow in a Rotating Square Duct // Phys. Fluids. 2000. V. 12. № 11. P. 2878.
  2. Grundestam O., Wallin S., Johansson A.V. Direct Numerical Simulations of Rotating Turbulent Channel Flow // Fluid Mech. 2008. V. 598. P. 177.
  3. Martensson G.E., Gunarsson J., Johansson A.V., Moberg H. Experimental Investigation of a Rapidly Rotating Turbulent Duct Flow // Exp. Fluid. 2002. V. 33. P. 482.
  4. Fasquelle A., Pellé J., Harmand S., Shevchuk I. Nume-rical Study of Convective Heat Transfer Enhancement in a Pipe Rotating around a Parallel Axis // J. Heat Transfer. 2014. V. 136. № 5. HT-12-1501.
  5. Morris W.D., Woods J.L. Heat Transfer in the Entrance Region of Tubes Rotate about Parallel Axis // Archive J. Mech. Eng. Sci. 1985. V. 20. № 6. P. 319.
  6. Qin Z., Pletcher R. Large Eddy Simulation of Turbulent Heat Transfer in a Square Duct // Int. J. Heat Fluid Flow. 2006. V. 27. № 3. P. 371.
  7. Hsieh A.S., Biringen S. Effects of Rotation on Turbulent Production // J. Appl. Math. Phys. 2019. V. 7. P. 298.
  8. Dutta S., Andrews M.J., Han J. Prediction of Turbulent Heat Transfer in Rotating Smooth Square Ducts // Int. J. Heat Mass Transfer. 1996. V. 39. № 12. P. 2505.
  9. Сухов Р.Д. CFD-моделирование движения потока жидкости во вращающемся канале // Инновационный потенциал развития науки в современном мире. Сб. ст. по матер. Междун. науч.-практ. конф. Уфа. 24 сент. 2019. Уфа: НИЦ “Вестник науки”, 2019. С. 26.
  10. Вачагина Е.К. Гидродинамическая структура потока при течении вязких жидкостей во вращающихся конфузор-диффузорных каналах // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2016. № 4. С. 21.
  11. Hellström L.H.O., Zlatinov M.B., Cao G., Smiths A.J. Turbulent Pipe Flow Downstream a 90° Bend // J. Fluid Mech. 2013. V. 735. R7.
  12. Morris W.D., Dias F.M. Turbulent Heat Transfer in a Revolving Square-sectioned Tube // Mech. Eng. Sci. 1980. V. 22. № 2. P. 95.
  13. Morris W.D., Ghavami-Nasr G. Heat Transfer Measurements in Rectangular Channels with Orthogonal Mode Rotation // J. Turbomach. 1991. V. 113. P. 339.
  14. Lupi V., Canton J., Schlatter P. Global Stability Analysis of a 90°-Bend Pipe Flow // Int. J. Heat Fluid Flow. 2020. V. 86. 108742.
  15. Naji Abhari M., Ghodsian M., Vaghefi M., Panahpur N. Experimental and Numerical Simulation in a 90° Bend // Flow Meas. Instrum. 2010. V. 21. № 3. P. 292.
  16. Dutta P., Saha S., Nandi N., Pal N. Numerical Study on Flow Separation in 90° Pipe Bend under High Reynolds Number by k−ε Modelling // Eng. Sci. Technol. Int. J. 2016. V. 19. № 2. P. 904.
  17. Liou T.-M., Chen C.-C., Chen M.-Y. TLCT and LDV Measurements of Heat Transfer and Fluid Flow in a Rotating Sharp Turning Duct // Int. J. Heat Mass Transfer. 2001. V. 44. № 9. P. 1777.
  18. Gallo M., Astaria T., Carlomagno G.M. Heat Transfer Measurements in Rotating Channel // 12th Int. Symp. on Flow Visualization. Germany. 2006.
  19. Gallo M., Astaria T. PIV Measurements in Rotating Channel // 7th Int. Symp. on PIV. Rome. 2007.
  20. Sewall E.A., Tafti D.K., Graham A.B., Thole. K.A. Experimental Validation of Large Eddy Simulation of Flow and Heat Transfer in a Stationary Ribbed Duct // Heat Fluid Flow. 2006. V. 27. P. 243.
  21. Xu Q., Yang Y. Reynolds Stress Constrained Karge Eddy Simulation of Separation Flows in a U-duct // Propuls. Power Res. 2014. V. 3. № 2. P. 1.
  22. Smirnov E., Panov D., Ris V., Goryachev V. Towards DES in CFD Optimization: the Case of a Sharp U-bend with/without Rotation // J. Mech. Sci. Technol. 2020. V. 34. № 4. P. 1557.
  23. Venters R., Helenbrook B., Ahmadi G. Numerical Simulation of a Turbulent Flow Through a 90° Elbow // ASME-JSME-KSME 8th Joint Fluids Eng. Conf. 2019.
  24. Edo Y., Obi S., Masuda S. Heat Transfer Experiments in Rotating Boundary Flow // Heat Fluid Flow. 2000. V. 21. P. 684.
  25. Себиси Т., Брэдшоу П. Конвективный теплообмен. Физические основы и вычислительные методы. М.: Мир, 1987. 592 с.
  26. Shur M.L., Strelets M.K., Travin A.K., Spalart P.R. Turbulence Modeling in Rotating and Curved Channels: Assessing the Spalart-Shur Correction // AIAA J. 2000. V. 38. № 5. P. 784.
  27. Yakhot V., Orszag S.A. Renormalization Group Analysis of Turbulence. I. Basic Theory // J. Sci. Comput. 1986. V. 1. № 1. P. 3.
  28. Smirnov P.E., Menter F.R. Sensitization of the SST Turbulence Model to Rotation and Curvature by Applying the Spalart-Shur Correction Term // ASME J. Turbomach. 2009. V. 131. 041010.
  29. Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. California: DCW Industries, Inc. La Canada, 1998.
  30. Shur M.L., Spalart P.R., Strelets M.K., Travin A.K. A Hybrid RANS-LES Approach With Delayed-DES and Wall-Modelled LES Capabilities // Int. J. Heat Fluid Flow. 2008. V. 29. № 6. P. 1638.
  31. Shur M.L., Spalart P.R., Strelets M.K., Travin A.K. Synthetic Turbulence Generators for RANS-LES Interfa-ces in Zonal Simulations of Aerodynamic and Aeroacoustic Problems // Flow Turbulence Combust. 2014. V. 93. № 1. P. 63.
  32. Mathur S.R., Murthy J.Y. A Pressure-based Method for Unstructured Meshes // Numer. Heat Transfer. 1997. V. 32. P. 195.
  33. Barth T.J., Jespersen D. The Design and Application of Upwind Schemes on Unstructured Meshes // Tech. Rep. AIAA-89-0366. Reno, Nevada. 1989.
  34. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. Пер. с англ. 124 с.
  35. Holmes D.G., Connell S.D. Solution of the 2D Navier−Stokes Equations on Unstructured Adaptive Grids // AIAA Paper 1989-1548. 1989.

Дополнительные файлы


© В.Д. Голубков, А.В. Гарбарук, 2023