ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫМ ПОТОКОМ НА ВХОДЕ В ТРУБУ С ЦЕЛЬЮ ЛАМИНАРИЗАЦИИ ТЕЧЕНИЯ

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Рассмотрены различные способы ламинаризации течения в трубе путем управления осредненными и турбулентными параметрами течения. Для численного моделирования течений с нарастанием и вырождением турбулентности предлагается использовать трехпараметрическую RANS-модель турбулентности, показавшую хорошие результаты при моделировании существующих экспериментов по ламинаризации. Расчеты для трех вариантов входных устройств с разными профилями скоростей и одинаковой мелкомасштабной турбулентностью на входе показывают возможность достижения ламинаризации течения в трубах при числах Рейнольдса Re > 10 000. Из трех рассмотренных вариантов входных устройств наиболее эффективным является вариант с организацией коаксиального течения с меньшей скоростью в центральной области и большей в пристеночной области. В такой конфигурации ламинаризация происходит вплоть до числа Рейнольдса Re* = 16 000. Показано, что в этом случае уменьшение интенсивности турбулентности и ее масштаба приводит к еще большему значению Re*.

Об авторах

В. Г. Лущик

МГУ им. М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт механики

Email: vgl_41@mail.ru
Россия, Москва

М. С. Макарова

МГУ им. М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт механики

Email: april27_86@mail.ru
Россия, Москва

А. И. Решмин

МГУ им. М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт механики

Автор, ответственный за переписку.
Email: alexreshmin@rambler.ru
Россия, Москва

Список литературы

  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.

© В.Г. Лущик, М.С. Макарова, А.И. Решмин, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах