Numerical Simulation of Turbulent Flow Control

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Various methods of flow relaminarization in a pipe are considered by means of controlling the average and turbulent flow parameters. For numerical simulation of flows with turbulence growth and suppression it is proposed to use a three-parameter RANS turbulence model, which has shown good results in modeling existing experiments on relaminarization. Calculations for three variants of inlet devices with different velocity profiles and the same small-scale turbulence at the inlet show the possibility of achieving flow relaminarization in pipes at Reynolds numbers Re > 10000. Among three variants of inlet devices considered, the most effective one is the variant with organization of a twozone flow with slow flow in the central region of the pipe and accelerated flow in the near-wall region. In this version, relaminarization occurs up to the Reynolds number Re* = 16000. It is shown that decrease in the turbulence intensity and scale leads to an even larger value of the relaminarization Reynolds number Re*.

About the authors

V. G. Lushchik

Moscow State University, Institute of Mechanics

Email: vgl_41@mail.ru
Moscow, Russia

M. S. Makarova

Moscow State University, Institute of Mechanics

Email: april27_86@mail.ru
Moscow, Russia

A. I. Reshmin

Moscow State University, Institute of Mechanics

Author for correspondence.
Email: alexreshmin@rambler.ru
Moscow, Russia

References

  1. Kühnen J., Scarselli D., Schaner M., Hof B. Relaminarization by steady modification of the streamwise velocity profile in a pipe // Flow Turbulence Combust. 2018. № 100. P. 919–943.
  2. Scarselli D., Kühnen J., Hof B. Relaminarising pipe flow by wall movement // J. Fluid Mech. 2019. Vol. 867. P. 934–948.
  3. Kühnen J., Song B., Scarselli D., Budanur N.B., Riedl M., Willis A.P., Avila M., Hof B. Destabilizing turbulence in pipe flow // Nat. Phys. 2018. V. 14. P. 386–390.
  4. Laws E.M., Livesey J.L. Flow through screens // Annu. Rev. Fluid Mech. 1978. V. 10. №1. P. 247–266.
  5. Lumley J.L., McMahon J.F. Reducing water tunnel turbulence by means of a honeycomb // J. Fluids Eng. 1967. V. 89. № 4. P. 764–770.
  6. Навознов О.И., Павельев А.А. О переходе к турбулентности в спутных струях // Изв. АН СССР. МЖГ. 1969. № 6. С. 131–136. = Navoznov O.I., Pavel’ev A.A. Transition to turbulence in coflowing jets // Fluid Dyn. 1969. V. 4. P. 84–88.
  7. Навознов О.И., Павельев А.А., Яценко А.В. О переходе к турбулентности в затопленных и спутных струях // Изв. АН СССР. МЖГ. 1972. № 4. С. 148–154. = Navoznov O.I., Paveliev A.A., Yatsenko A.V. The transition to turbulence in submerged jets and wakes // Fluid Dyn. 1972. V. 7. № 4. P. 672–678.
  8. Навознов О.И., Павельев А.А. Влияние начальных условий на течение осесимметричных спутных струй // Изв. АН СССР. МЖГ. 1980. № 4. С. 18–24. = Navoznov O.I., Pavel’ev A.A. Influence of the initial conditions on axisymmetric jets in a parallel flow // Fluid Dyn. 1980. V. 15. P. 488–493.
  9. Коляда В.В., Павельев А.А. Влияние профиля скорости на входе в круглую трубу на переход к турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1986. № 4. С. 166–169. = Kolyada V.V., Pavel’ev A.A. Effect of the velocity profile at the inlet to a circular pipe on the transition to turbulence // Fluid Dyn. 1986. V. 21. P. 650–653.
  10. Kühnen J., Scarselli D., Hof B. Relaminarization of Pipe Flow by Means of 3D-Printed Shaped Honeycombs // J. Fluids Eng. 2019. V. 141. № 11. 111105.
  11. Зайко Ю.С., Решмин А.И., Тепловодский С.Х., Чичерина А.Д. Исследование затопленных струй с увеличенной длиной начального ламинарного участка // Изв. РАН. МЖГ. 2018. № 1, С. 97–106. = Zaiko Y.S., Reshmin A.I., Teplovodskii S.K., Chicherina A.D. Investigation of Submerged Jets with an Extended Initial Laminar Region // Fluid Dyn. 2018. V. 53. P. 95–104.
  12. Zaiko Y.S., Teplovodskii S.K., Chicherina A.D., Vedeneev V.V., Reshmin A.I. Formation of free round jets with long laminar regions at large Reynolds numbers // Phys. Fluids. 2018. V. 30. No 4. 043603.
  13. Решмин А.И., Трифонов В.В., Тепловодский С.Х. Круглый короткий диффузор с большой степенью расширения и проницаемой перегородкой Изв. РАН. МЖГ. 2012. № 5. С. 32–39. = Reshmin A.I., Teplovodskii S.K., Trifonov V.V. Short round diffuser with a high area ratio and a permeable partition // Fluid Dyn. 2012. V. 47. P. 583–589.
  14. Eckhardt B. Introduction. Turbulence transition in pipe flow: 125th anniversary of the publication of Reynolds’ paper // Phil. Trans. R. Soc. A. 2009. V. 367. P. 449–455.
  15. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Управление турбулентными пограничными слоями: результаты экспериментов и расчетные модели. Сб. Механика и научно-технический прогресс. Т. 2. Механика жидкости и газа, М.: Наука, 1987. С. 67–89. = Lushchik V.G., Pavel’ev A.A., Yakubenko A.E. Turbulent boundary layer control: experimental data and theoretical models. Mechanical engineering and applied mechanics. 2 (Fluid mech.). 1987. P. 61–82.
  16. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Турбулентные течения. Модели и численные исследования (обзор) // Изв. РАН. МЖГ. 1994. № 4. С. 4–27. = Lushchik V.G., Pavel’ev A.A., Yakubenko A.E. Turbulent flows. Models and numerical investigation. A review // Fluid Dyn. 1994. V. 29. № 4. P. 440–457.
  17. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель сдвиговой турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1978. № 3. С. 13–25. = Lushchik V.G., Pavel’ev A.A., Yakubenko A.E. Three-parameter model of shear turbulence // Fluid Dynamics. 1978. V. 13. № 3. P. 350–360.)
  18. Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Макарова М.С. Численное исследование течения в трубе с отсосом газа через проницаемые стенки // Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 3. С. 74–81. = Leont’ev A.I., Lushchik V.G., Makarova M.S. Numerical investigation of tube flow with suction through permeable walls // Fluid Dyn. 2014. V. 49. P. 362–368.
  19. Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Ламинаризация потока при течении с теплообменом в плоском канале с конфузором // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 1. С. 68–77. = Lushchik V.G., Makarova M.S., Reshmin A.I. Laminarization of Flow with Heat Transfer in a Plane Channel with a Confuser // Fluid Dyn. 2019. V. 54. P. 67–76.
  20. Makarova M.S., Lushchik V.G. Numerical simulation of turbulent flow and heat transfer in tube under injection of gas through permeable walls // J. Phys. Conf. Ser. 2017. V. 891. № 012066.
  21. Лиознов Г.Л., Лущик В.Г., Макарова М.С., Якубенко А.Е. Влияние турбулентности набегающего потока на течение и теплообмен в пограничном слое на пластине // Изв. РАН. МЖГ. 2012. № 5. С. 40–42. = Lioznov G.L., Lushchik V.G., Makarova M.S., Yakubenko A.E. Freestream turbulence effect on flow and heat transfer in the flat-plate boundary layer. Fluid Dyn. 2012. V. 47. P. 590–592.
  22. Никитин Н.В., Павельев А.А. Турбулентные течения в канале с проницаемыми стенками. Результаты прямого численного моделирования и трехпараметрической модели Изв. РАН. МЖГ. 1998. № 6. С. 18–26. = Nikitin N.V., Pavel’ev A.A. Turbulent flow in a channel with permeable walls. Direct numerical simulation and results of three-parameter model // Fluid Dyn. 1998. Vol. 33. P. 826–832.
  23. Reshmin A.I., Trifonov V. V., Teplovodskii S.K., 2014. Turbulent Flow in a Conical Diffuser With a Small Divergence Angle at Reynolds Numbers Less Than 2000, in: Volume 1C, Symposia: Fundamental Issues and Perspectives in Fluid Mechanics; Industrial and Environmental Applications of Fluid Mechanics; Issues and Perspectives in Automotive Flows; Gas-Solid Flows: Dedicated to the Memory of Professor Clayton T. Crowe; American Society of Mechanical Engineers.
  24. Павельев А.А., Решмин А.И. Переход к турбулентности на начальном участке круглой трубы // Изв. РАН. МЖГ. 2001. № 4. С. 113–121. = Pavelyev A.A., Reshmin A.I. Turbulent transition in the inlet region of a circular pipe // Fluid Dyn. 2001. V. 36. P. 626–633.

Supplementary files


Copyright (c) 2023 В.Г. Лущик, М.С. Макарова, А.И. Решмин

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies