Аналіз експериментальних і чисельних досліджень вихрових течій в тривимірних кавернах

A. A. Kochubey; E. V. Kravec

Аналіз експериментальних і чисельних досліджень вихрових течій в тривимірних кавернах

A. A. Kochubey, E. V. Kravec

Анотація

Проведено аналіз експериментальних і чисельних досліджень нестисливих течій в'язкої рідини в просторових кавернах різних конфігурацій. Розглянуто особливості проведення експериментів і застосування чисельних методів. Показано вплив торцевого ефекту і утворення специфічних тривимірних вихорових структур. Приведено результати розрахунку методом скінченних елементів течії в'язкої нестисливої рідини між призмами над екраном у випадку відкритого міжторцевого простору і за наявності перемички між торцями, що моделюють течію в міжвагонному проміжку при русі швидкісного залізничного складу.

Ключові слова

тривимірна каверна; в'язка нестислива рідина; циркуляційна течія; експеримент; чисельні методи; торцевий ефект; міжторцевий простір (каверна) над екраном відкритий і з перемичкою

Повний текст:

PDF (Russian)

Посилання

Баранов П.А. Численное и физическое моделирование циркуля-ционного течения в вихревой ячейке на стенке прямого канала / П.А. Баранов, С.В. Гувернюк, М.А. Зубин, С.А. Исаев // Изв. РАН. – Сер. МЖГ. – 2000. – № 5. – С. 44 – 56.

Белолипецкий В.М. Численное исследование рециркуляционных течений в трехмер-ной каверне / В.М Белолипецкий, В.Ю. Костюк // Ж. прикл. мех. и техн. физики. – 1990. – № 1. – С. 100 – 104.

Бессонов О.А. Численное моделирование трехмерного сдвигового течения в полости с движущимися крышками / О.А. Бессонов, В.А. Брайловская, Б. Ру // Изв. РАН. – Сер. МЖГ. – 1998. – № 3. – С. 41 – 49.

Блэр M. Влияние турбулентности невозмущенного потока на переход в пограничном слое при положительных градиентах давления / М. Блэр // Тр. амер. о ва инж.-мех. – Энергети-ческие машины и установки. – 1982. – T. 104. – № 4. – С. 23 – 31.

Богатырев В.Я. О торцевых эффектах в траншеях прямоугольного поперечного сече-ния / В.Я. Богатырев, А.В. Горин // Градиентные и отрывные течения. – Новосибирск. – 1976. – С. 132 – 139.

Богатырев В.Я. Экспериментальное исследование течения в траншее / В.Я. Богатырев, Ю.Н. Дубнищев, В.А. Мухин, В.Е. Накоряков, В.С. Соболев, Е.Н. Уткин, Н.Ф. Шмойлов // ПМТФ. – 1976. – № 2. – С. 76 – 86.

Богатырев В.Я. Экспериментальное исследование касательного напряжения на стенках траншеи / В.Я. Богатырев, В.А. Мухин // Градиентные и отрывные течения. – Новосибирск. – 1976. – С. 117 – 131.

Божков В.М. Экспериментальное изучение рециркуляционных течений в прямоуголь-ных канавках / В.М. Божков // Ученые записки ЦАГИ. – 1967. – T. IV. – № 1. – C. 1073 – 1082.

Бормусов А.А. Влияние внешней турбулентности на течение в прямоугольной полости / А.А. Бормусов, Г.А. Глебов, А.Н. Щелков, Р.А. Яушев // Механика жидкости и газа. – 1986. – № 2. – С. 162 – 166.

Бормусов А.А. Измерение характеристик высокотурбулентных потоков / А.А. Бормусов, Р.Н. Габитов, Г.А. Глебов, А.П. Козлов, А Н. Щелков – В кн.: Пристенные тур-булентные течения. – Новосибирск. – 1984. – 256 c.

Бормусов А.А. Фазоинвертирующий термоанемометр, чувствительный к направлению потока / А.А. Бормусов, Р.Н. Габитов, Г.А. Глебов // Приборы и техника эксперимента. – 1984. – № 3. – C. 221 – 223.

Варфоломеев И.М. Структура турбулентного отрывного течения в прямоугольной по-лости / И.М. Варфоломеев, Г.А. Глебов, Ю.Ф. Гортышов, А.Н. Щелков, Р.А. Яушев // Пристен-ные струйные потоки. – Новосибирск. – 1984. – С. 86 – 92.

Варфоломеев И.М. Структура и характеристики турбулентного отрывного течения в полости / И.М. Варфоломеев, Г.А. Глебов, Ю.Ф. Гортышов, и др. // Инженерно-физический журнал. – 1985. – Т. 48. – № 3. – С. 387 – 391.

Власов Е.В. Прямые и косвенные методы экспериментального обнаружения когерент-ной структуры турбулентных струй / Е.В. Власов, А.С. Гиневский, Р.К. Каравосов // В сб.: Ме-ханика турбулентных потоков. – М. –1980. – С. 206 – 219.

Елизарова Т.Г. Численное моделирование течения вязкой несжимаемой жидкости в кубической каверне / Т.Г. Елизарова, О.Ю. Милюкова // Ж. выч. мат. и матем. физики. – 2003. – Т. 43. – № 3. – С. 453 – 466.

Исаев С.А. Комплексный анализ моделей турбулентности, алгоритмов и сеточных структур при расчете циркуляционного течения в каверне с помощью пакетов программ VP2/3 и FLUENT. Часть 1. Влияние схемных факторов / С.А. Исаев, П.А. Баранов, Н.А. Кудрявцев, Д.А. Лысенко, А.Е. Усачов // Теплофизика и аэромеханика. – 2005. – Т. 12. – № 4. – С. 587 – 608.

Исаев С.А. Идентификация самоорганизующихся вихревых структур при численном моделировании ламинарного пространственного обтекания лунки на плоскости потоком вязкой несжимаемой жидкости / С.А. Исаев, А.И. Леонтьев, Д.П. Фролов, и др. // Письма в ЖТФ. – 1998. – Т. 24. – № 6. – С. 6 – 12.

Исаев С.А. Идентификация самоорганизующихся смерчеобразных структур при чис-ленном моделировании турбулентного обтекания лунки на плоскости потоком вязкой несжи-маемой жидкости / С.А. Исаев, А.И. Леонтьев, П.А. Баранов // Письма в ЖТФ. – 2000. – Т. 26. – № 1. – С. 30 – 37.

Исаев С.А. Идентификация самоорганизующихся струйно-вихревых структур при численном моделировании ламинарного течения и теплообмена в окрестности несимметричной уединенной лунки / С.А. Исаев, А.И. Леонтьев, А.Е. Усачов, и др. // Изв. РАН. – Сер. Энергети-ка. – 1999. – № 2. – С. 125 – 135.

Исаев С.А. Численный анализ влияния вязкости на вихревую динамику при ламинар-ном отрывном обтекании лунки на плоскости с учетом ее асимметрии / С.А. Исаев, А.И. Леонтьев, П.А. Баранов, Х.Т. Метов, А.Е. Усачов // ИФЖ. – 2001. – Т. 74. – № 2. – С. 62 – 67.

Исаев С.А. Численное моделирование ламинарного циркуляционного течения в квад-ратной каверне с подвижной границей при высоких числах Рейнольдса / С.А. Исаев, А.Г. Судаков, Н.Н. Лучко, Т.В. Сидорович // ИФЖ. – 2002. – Т. 75. – № 1. – С. 54 – 60.

Исаев С.А. Численное моделирование ламинарного циркуляционного течения в куби-ческой каверне с подвижной гранью / С.А. Исаев, А.Г. Судаков, Н.Н. Лучко, и др. // ИФЖ. – 2002. – Т. 75. – № 1. – С. 49 – 53.

Калинин Э.К. Интенсификация теплообмена в каналах / Э.К. Калинин, Г.А. Дрейцер, С.А. Ярхо – М.: Машиностроение, 1972. – 253 c.

Кочубей А.А. Сравнительный анализ численных и аналитических исследований циркуляционных двумерных течений в кавернах / А.А. Кочубей, Е.В. Кравец // Техническая механика.  2012.  № 1.  С. 38 – 55.

Кравец Е.В. Гидродинамика течения между прямоугольными призмами, расположен-ными тандемом над экраном: дисс. на соиск. канд. физ.-мат. наук : 01.02.05 / Кравец Елена Вла-димировна. – Днепропетровск, 2009. – 229 с.

Кравец Е.В. Влияние типа обтекателя на аэродинамическое сопротивление межвагон-ного пространства скоростного поезда / Е.В. Кравец // Вісник Дніпропетр. ун - ту. Серія «Механіка».  2006.  Вып. 10.  Том 1.  № 2/1.  С. 113 – 119.

Кравец Е.В. Влияние частичного перекрытия межторцевого пространства на структуру образования вихревой системы при обтекании вязким несжимаемым потоком прямоугольных призм, расположенных тандемом над экраном / Е.В. Кравец // Вісник Дніпропетр. ун - ту. Серія «Механіка».  2012.  Вып. 16.  Том 1.  № 5.  С. 43 – 50.

Кравец Е.В. Математическое моделирование турбулентных течений вязкой несжимае-мой среды в межвагонном пространстве с крышным обтекателем / Е.В. Кравец // Вісник Дніпропетр. ун - ту. Серія «Механіка».  2005.  Вып. 10.  Том 1.  № 10/1.  С. 66 – 73.

Кравец Е.В. Сравнительный анализ течения в открытом и частично перекрытом меж-вагонном пространстве при движении скоростного поезда / Е.В. Кравец // Вісник Дніпропетр. ун - ту. Серія «Механіка».  2004.  Вып. 8.  Том 1.  № 6.  С. 26 – 33.

Кравец Е.В. Численное моделирование пространственного течения воздуха в межва-гонном промежутке при скоростном движении поезда / Е.В. Кравец // Вісник Дніпропетр. ун - ту. Серія «Механіка».  2008.  Вып. 11.  Том 1.  № 5.  С. 49 – 60.

Савельев А.Д. О влиянии задней кромки каверны на интенсивность пульсаций потока / А.Д.Савельев // Известия РАН, Механика Жидкости и Газа.  2001.  № 3.  С. 79 – 89.

Фидман Б.А. Поле скоростей в водном потоке при внезапном увеличении глубины / Б.А. Фидман // Изв. АН СССР, сер. техн. наук. – 1953. – № 4. – С. 221 – 230.

Хэнкок Т. Влияние турбулентности невозмущенного потока на характеристики турбу-лентных пограничных слоев / Т. Хэнкок, П. Брэдшоу // Тр. амер. о-ва инж.-мех. – Теорет. осно-вы инж. расчетов. – 1983. – T. 105. – № 3. – С. 126 – 133.

Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Г. Шлихтинг. – М.: Наука, 1974. – 711 с.

Dhatt G. A study of penalty elements for incompressible laminar flows / G. Dhatt, G. Hubert // Int. J. for Num. Meth. in Fluids – 1986. – V. 6. – P. 1 – 19.

Fox J. A Criterion for the Transition between Flow Regimes in Turbulent Cavity Flow / J. Fox // AIAA J. – 1966. – Vol. 4. – № 2. – P. 78 – 85.

Fox J. Heat Transfer and Air Flow in Transverse rectangular Notch / J. Fox // Int. J. Heat Mass Transfer. – 1965. – Vol. 8. – Р. 269 – 270.

Ghaddar N.K. Numerical investigation of incompressible flow in grooved channels / N.K. Ghaddar, K.Z. Korczak, B.B. Mikic, A.T. Patera // J. Fluid Mech. – 1986. – V. 163. – P. 99 –127.

Hering T. Flow regimes and drag characteristics of yawed elliptical cavities with varying depth / T. Hering, E. Savory // Journal of Fluids Engineering.  2007.  Vol. 129.  No. 12.  P. 1577 – 1583.

Kistler A.L. Some properties of turbulent separated flows / A.L. Kistler, F.C. Tan // Phys. Fluids. – 1967. – Vol. 10. – pt. 11. – № 9. – P. 77 – 89.

Kosseff J.R. On end wall effects in a lid-driven cavity flow / J.R. Kosseff, R.L. Street // J. Fluids Eng. – 1984. – V. 106. –N. 4. – Рус. пер. О влиянии торцевых стенок на течение в каверне с движущейся крышкой // Тр. Амер. о ва инж.-мех. – Сер. Теор. основы инж. расчетов. – 1984. – Т. 106. – № 4. – С. 130 – 135.

Kosseff J.R. The lid-driven cavity flows: a synthesis of qualitative and quantitative observa-tions / J.R. Kosseff, R.L. Street // Ibid. – Рус. пер. Течение в каверне с движущейся крышкой // Там же. – С. 136 – 145.

Maull D.J. Three-dimensional flow in a cavities / D.J. Maull, L.F. East // J. Fluid Mech. – 1963. – Vol. 16. – Pt. 3. – P. 242 – 251.

Mills R.D. On closed motion of a fluid in a square cavity / R.D. Mills // J. Roy. Aero. Soc.  1965.  V. 69.  P. 116 – 121.

Oka S.N. Stacionarno dvodimenziono vrtlozno strnjanje u oblastima za zatvorenim strujnicama / S.N. Oka. – Dokt. Disertacija, Masin. Fak. Unw. u Beogradu. – Beograd. – 1971. – 294 p.

Pan F. Steady flows in rectangular cavities / F. Pan, A. Acrivos // J. of Fluid Mech. – 1967. – Vol. 28. – Рart 4. – P. 643 – 655.

Patel R.P. Effects of stream turbulence on free shear flows / R.P. Patel // Aeron. Quart. – 1978. – V. 29. – № 1. – Р.33 – 43.

Ramaswamy B. Finite element solution for advection and natural convection flows / В. Ramaswamy // Comput. and Fluids. – 1988. – V. 16. – No. 4. – P. 349 – 388.

Reddy J.N. Penalty-finite-element analysis of 3-D Navier-Stokes equations / J.N. Reddy // Comp. Meth. in Appl. Mech. and Ing. – 1982. – V. 35. – P. 87 – 106.

Rockwell D. Self-sustained oscillations of impinging free shear layer /D. Rockwell, E. Naudascher // Annu. Rev. Fluid Mech.  1979.  Vol. 11.  P. 67 – 94.

Roshko A. Some measurements of flow in a rectangular cut out / A. Roshko // NACA TN 3488. – 1956. – 245 p.

Tani I. Experimental Investigation of Flow Separation associated with a Step or a Groove Aeronautical Research Institute / I. Tani, M. Iuchi, H. Komoda // University of Tokyo. – Report. № 364. – 1961. – 355 p.

Terekhov V.I. Forced-convection heat transfer from the bottom of trenches with rectangular or inclined walls / V.I. Terekhov, N.I. Yarygina // Experimental Heat Transfer.  1996.  Vol. 9.  No. 2.  P. 133 – 148.

Terekhov V.I. Turbulent heat transfer in a crossflow cavity with inclined sidewalls / V.I. Terekhov, N.I. Yarygina, A.Yu. D‘yachenko // Proceedings of the Twelfth International Heat Transfer Conference. – Elsevier, 2002. – P. 615 – 619.

Townes H.W. Experiments on the flow over a rough surface / H.W. Townes, R.H. Sabersky // Int. J. Heat and Mass Transfer. – 1966. – Vol. 9. – № 8. – P. 729 – 738.

Wieghardt K. Erhöhung des turbulenten Reibungswiderstandes durch Oberflächenstörungen / K. Wieghardt // Forscheft, Schiffstech. – 1953. – № 2. – S. 65 – 81.

Yamamoto Hi. A numerical study of laminar heat transfer at; bottom surface of a cavity sub-merged in separated flow region of duct /Hi. Yamamoto, N. Seki, S. Fukusako // Heat and Mass Trans-fer.  1982.  Vol. 16.  No. 4.  P. 219 – 227.