Номер части:
Журнал
ISSN: 2411-6467 (Print)
ISSN: 2413-9335 (Online)
Статьи, опубликованные в журнале, представляется читателям на условиях свободной лицензии CC BY-ND

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПАДА ВИХРЯ В ТРУБЕ



Науки и перечень статей вошедших в журнал:
DOI:
Дата публикации статьи в журнале:
Название журнала: Евразийский Союз Ученых — публикация научных статей в ежемесячном научном журнале, Выпуск: , Том: , Страницы в выпуске: -
Данные для цитирования: . МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПАДА ВИХРЯ В ТРУБЕ // Евразийский Союз Ученых — публикация научных статей в ежемесячном научном журнале. Технические науки. ; ():-.

Распад вихря – явление, широко известное и часто встречающееся как в природе (например, в явлении торнадо) так и во многих технических устройствах с закруткой потока ‑ в камерах сгорания, циклонных пылеуловителях, турбулизаторах, центробежных форсунках, возникает также в осевой области интенсивных вихрей, сходящих с концов треугольного крыла [1]. Считается, что существует три основных формы распада вихря: осесимметричный и в виде одинарной или двойной спирали [1,4,6,7,9]. Объяснение явление распада вихря можно найти в [1, 4].

Моделирование распада осесимметричного вихря выполнялось методом Годунова [3, 5] в закрученном течении воздуха в трубе. Геометрия трубы задана согласно данным приведенным в [8], где опубликованы результаты экспериментального изучения осесимметричного распада вихря, с которыми проводились сравнения результатов расчетов автора.

Математическая постановка задачи представлена в [2]. Расчеты проводились на разностных сетках с количеством ячеек 100´25; 250´25; 500´20, размер ячеек уменьшался по радиусу по направлению к оси и внешней стенке трубы.

Параметры для расчетов приняты следующие:Pвых./P0=0,975¸0,995; P0=1042399,8 Па; r0=1,1985 кг/м3; Pвых=1034060,6 Па; k=1,4; R=287,15 м2/(с2×K0); Re»104. Угол закрутки потока на входе в трубу задавался как a = arctgCq/Ö(Сr2 + Cz2) = 0o¸88o. Здесь Cq, Сr, Cz –окружная, радиальная и осевая составляющие вектора скорости C.

В результате расчетов осесимметричный распад вихря (замкнутая зона возвратного течения) первоначально был получен на сетке 100´25 ячеек (рис.1а) при Pвых./P0=0,992 и угле закрутки потока на входе в трубу равном a = 560, что соответствует углу установки лопаток направляющего аппарата 340. Полученный в расчетах «пузырь» имеет размеры около 30 см в длину и диаметр около 10 мм (рисунок 1).

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПАДА ВИХРЯ В ТРУБЕ

Рисунок 1. Осесимметричный распад вихря

Для изучения структуры потока при Pвых./P0=0,992 в зависимости от величины угла закрутки a на входе в трубу были проведены расчеты для углов закрутки в диапазоне a = 60o¸88o. С увеличением угла закрутки длина «bubble» (пузыря) уменьшалась, а диаметр увеличивался. При угле закрутки 88o (соответственно угол установки лопаток равен 2o) размер «пузыря» составлял в длину около 10 см, а в диаметре около 40 мм.

Влияние отношения давлений Pвых/P0 на явление осесимметричного распада вихря в трубе изучалось для Pвых/P0 в диапазоне значений 0,975¸0,995 в диапазоне a = 0o¸88°. Углы закрутки, при которых происходит первое появление «пузыря» в зависимости от отношения давлений показаны на рисунке 2. При значениях Pвых/P0 =0,975¸0,990 «пузырь» впервые появляется при углах закрутки a=50o и 49o.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПАДА ВИХРЯ В ТРУБЕ

Рисунок 2. Появление «пузыря».

Изменение расхода воздуха в трубе в зависимости от угла закрутки и отношения давлений Pвых/P0  представлено на рисунке 3. Появление «пузыря» каждый раз сопровождается резким скачком повышения расхода. Величина скачка зависит от отношения давлений и уменьшается с увеличением Pвых/P0. При Pвых/P0 =0,995 и a=64o скачок увеличения расхода минимальный

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПАДА ВИХРЯ В ТРУБЕ

Рисунок 3. Изменение расхода G/Ga=0 в  зависимости от угла закрутки a и Pвых/Pо.

‑ Pвых/P0=0,975, a=50o,        ‑ Pвых/P0=0,980, a=50o,

     ‑ Pвых/P0=0,990, a=49o,         ‑ Pвых/P0=0,995, a=64o.

Распад вихря появляется в диапазоне изменения угла закрутки 46o ¸ 64o. В эксперименте [4,9] распад вихря в воде наблюдали Harvey (1962) и Sarpkaya (1971) между 40o и 50 o закрутки. Теоретические предсказания [1,4] появления распада находятся в диапазоне углов от 45o (Squire 1960) до 62,5o (Bossel 1967). В [6] осесимметричный распад вихря получен в результате решения полных стационарных уравнений Навье-Стокса для несжимаемой жидкости в диапазоне углов закрутки 44o¸51o.

Изменение локальных параметров закрученного потока воздуха в трубе для Pвых/P0=0,990 в диапазоне углов закрутки a=100¸250, когда распад вихря в потоке отсутствует, и в диапазоне a=460¸890, когда распад вихря, «пузырь», имеет место быть, сильно отличаются. Локальные параметры для Pвых/P0=0,990, угла закрутки a=100 полученные на сетке 500х20 ячеек показаны на рисунке 4

        

а)                                                     б)

Рисунок 4. а) статическое давление, б) профили окружной скорости.

Локальные параметры для Pвых/P0=0,990, угла закрутки a=490 полученные на сетке 500х20 ячеек показаны на рисунке 5. Здесь приведены: а) поле векторов скорости с распадом вихря; б) изменение статического давления вдоль длины канала. Появление «пузыря» сопровождается значительным поперечным положительным градиентом давления; в) профили окружной составляющей скорости.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПАДА ВИХРЯ В ТРУБЕ

Рисунок 5. а) векторы скорости, б) статическое давление с) профили окружной скорости.

Профили осевой и окружной составляющих скорости для случая угла закрутки a=490 в сечении перед «bubble» сравнивались с экспериментальными данными, приведенными в [8]. Сравнение представлено на рисунках 6 и 7. Черные непрерывные линии – расчет автора.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПАДА ВИХРЯ В ТРУБЕ

Рисунок 6. а) Профили осевой скорости: б) Профили окружной скорости.

Применение метода Годунова для моделирования осесимметричного распада вихря показало достаточно хорошее согласие с экспериментальными и численными результатами, полученными известными исследователями этого явления.

Литература

  1. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. ‑ Москва: Мир, 1973.
  2. Высотина В.Г.//Журнал «Математическое моделирование», 2001, том 13, №10, с.103-119.
  3. Годунов С.К. и др// ЖВМ и МФ, 1961, т.1., № 3, с.1020‑1050.
  4. Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. – Москва: Мир, 1987.
  5. Дорфман Л.А. Численные методы в газодинамике турбомашин. – Л.: Энергия, 1974.
  6. Grabowski W.J., Berger S.AJ. Fluid Mech., vol.76, part 3, pp. 525‑544.
  7. Faler J.H., Leibovich S. //J. Fluid Mech., 1978, vol.86, part 2, pp.313-335.
  8. Shigeo Uchida, Yoshiaki Nakamura, Masataka Ohsawa.// Trans.Jap.Soc.Aeronaut. and Space Sci., 1985, 27, №78, pp.206-216.
  9. Turgut // J. Fluid Mech., 1971, vol.45, part 3, pp. 545-559.[schema type=»book» name=»МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПАДА ВИХРЯ В ТРУБЕ» description=»Моделирование осесимметричного распада вихря в трубе выполнено методом Годунова. Полученные результаты согласуются с экспериментальными данными.» author=»Высотина Вера Гавриловна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-02″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_27.06.2015_06(15)» ebook=»yes» ]
Список литературы:


Записи созданы 9819

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх
slot thailand slot gacor 2023 slot dana jendralsmaya slot dana slot server luar demo slot slot 4d slot terbaru slot gacor slot deposit pulsa slot terbaik slot thailand slot terbaru
404: Not Found