Моделирование трехмерного течения несжимаемой жидкости в турбулентном пограничном слое диффузора


Просмотр статьи
PDF, 1,6 МБ

Modeling of three‒dimensional flow of the uncompressible liquid in the diffuser turbulent boundary layer

Within the framework of the threedimensional boundary layer, the developed turbulent flow region of the uncompressible liquid is modeled under the influence of the longitudinal unfavorable (positive) pressure gradient in the diffuser. For turbulent flow mode the averaged by Reynolds boundary layer equations are closed using the differential turbulence model based on the turbulent viscosity introduction and the KolmogorovPrandtl hypotheses. The experiments results are analyzed, the correlation dependencies for the different initial data are received. The obtained calculations are compared with experimental results. Based on the numerical solutions of turbulent boundary layer equations, the mechanisms of flows interaction are studied under the transverse pressure gradients in the uncompressible liquid .

wall flow, threedimensional boundary layer, turbulence, differential turbulence model, uncompressible fluid, pressure gradients, diffuser

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.24.1.1018


Том 24, выпуск 1, 2023 год



В рамках трехмерного пограничного слоя моделируется область развитого турбулентного течения несжимаемой жидкости в условиях воздействия продольного неблагоприятного (положительного) градиента давления (далее НГД) в диффузоре. Для турбулентного режима течения осредненные по Рейнольдсу уравнения пограничного слоя замыкаются с использованием дифференциальной модели турбулентности, основанной на введении турбулентной вязкости и гипотез Колмогорова–Прандтля. Проанализированы результаты эксперимента, получены корреляционные зависимости для различных исходных данных. Полученные расчеты сопоставляются с экспериментальными результатами. На основе численных решений уравнений турбулентного пограничного слоя изучаются механизмы взаимодействия потоков при наличии поперечных градиентов давления в несжимаемой жидкости.

пристенное течение, пространственный пограничный слой, турбулентность, дифференциальная модель турбулентности, несжимаемая жидкость, градиенты давления, диффузор

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.24.1.1018


Том 24, выпуск 1, 2023 год



1. Myong H.K., Kasagi N. Prediction of anisotropy of the near−wall turbulence with anisotropic low−Reynolds−number k−ε turbulence model//Transaction. ASME. Journal Fluids Eng. 1990. Vol. 112. No. 12. Pp. 521−524. DOI: 10.1115/1.2909437
2. Зубарев В.М. Влияния параметров сильно турбулизированного потока жидкости на пристенные переходные течения в пограничном слое // Уч. зап. Казан. ун. Сер. Физ.−мат. науки. Изд. Ка-занский (Приволжский) фед. унив. (Казань), 2020. Т. 162. № 1. С. 38−51. DOI: 10.26907/2541-7746.2020.1.38-51
3. Зубарев В.М. Численное моделирование турбулентного несжимаемого течения с увеличиваю-щимся положительным градиентом давления // ИФЖ. 2019. Т. 92. № 3. С. 654−663.
4. Пейтел В.К., Роди В., Шойерер Г. Модели турбулентности для течений в пристеночной области с малыми числами Рейнольдса (обзор) // Аэрокосм. техн. 1986. № 1. С. 183−197.
5. Фундаментальные проблемы моделирования турбулентных и двухфазных течений: в 2 т. / под. ред. акад. РАН А.А. Саркисова, Г.А. Филиппова. − М.: Наука, 2010 − Т. 2 : Численное модели-рование. – 368 с.
6. Sana A, Ghumman A.R., Tanaka H. Modification of the damping function in the k−ε model to ana-lyse oscillatory boundary layers // Ocean Engineering. 2007. Vol. 34. Pp. 320–326.
DOI: 10.1016/j.oceaneng.2005.11.018
7. Hattori H., Nagano Y. Nonlinear two−equation model taking into account the wall−limiting behavior and redistribution of stress components // Theoret. Comput. Fluid Dyn. 2004. Vol. 17. Pp. 313–330. DOI: 10.1007/s00162-004-0120-x
8. Rouhi A., Endrikat S., Modesti D., Sandberg R.D., Oda T., Tanimoto K., Hutchins N., Chung D. Riblet−generated flow mechanisms that lead to local breaking of Reynolds analogy // J. Fluid Mech. 2022. Vol. 951. A45. Pp.1–31. DOI: 10.1017/jfm.2022.880
9. Samuel A.E., Joubert P.N. The 1980–81 AFOSR−HTTM−Stanford Conference on Complex Turbu-lent Flows: Comparison of Computation and Experiment (S.J. Kline, B.J. Cantwell, G.M. Lilley, eds.). Vol. 1. Proc. of the 1980 Conference Stanford Univ., Stanford, California, Sept. 3–6, 1980. Mech. Eng. Dept. Stanford University. 1981. Tech. Rep. AFOSR−TR−83–1001. Pp. 259–261.
10. Samuel A.E., Joubert P.N. A boundary layer developing in an increasingly adverse pressure gradient // J. Fluid Mech. 1974. Vol. 66. Pt 3. Pp. 481−505. DOI: 10.1017/S0022112074000322
11. Хиршель Э. Х., Кордулла В. Сдвиговое течение сжимаемой жидкости. Численный расчёт погра-ничного слоя. М.: Мир. 1987. – 248 с.
12. Hirschel E.H., Cousteix J., Kordulla W. Three–dimensional attached viscous flow. Basic principles and theoretical foundations. Berlin–Heidelberg: Springer. 2014. – XIII+391 p. DOI: 10.1007/978-3-642-41378-0
13. Шевелев Ю.Д. Пространственные задачи вычислительной гидродинамики. – М.: Наука, 1986. – 368 с.
14. Хинце И.О. Турбулентность ее механизм и теория. Москва: Физ−мат. лит., 1963. − 680с.
15. Launder B.E., Spalding D. B. Lectures in mathematical models of turbulence. London, New York: Academic Press, 1972, − VII+169p. Corpus ID: 117983616
16. Белов И.А., Исаев С.А. Моделирование турбулентных течений. Учебное пособие. СПб.: Балт. гос. техн. ун−т. 2001. − 108с.
17. Jones W. P., Launder B. E. The prediction of laminarization with a two−equation model of turbu-lence // Int. J. Heat Mass Transfer. 1972. Vol. 15. Pp. 301−314. DOI: 10.1016/0017-9310(72)90076-2
18. Глушко Г. С., Иванов И. Э., Крюков И. А. Моделирование турбулентности в сверхзвуковых струй¬ных течениях // Физико−химическая кинетика в газовой динамике. 2010. Т. 9.
http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2010-01-12-023.pdf
19. Hanjalic K., Launder B.E. Contribution towards a Reynolds–stress closure for low–Reynolds–number turbulence // J. Fluid Mech. 1976. Vol. 74. No 4. Pp. 593−610. DOI: 10.1017/S0022112076001961
20. Nagano Y., Tsuj T., Houra T. Structure of turbulent boundary layer subjected to adverse pressure gradient//Int. J. Heat and Fluid Flow. 1998. Vol. 19. Pp. 563–572. DOI: 10.1016/S0142-727X(98)10013-9
21. Spalart P.R., Watmuff J.H. Experimental and numerical study of a turbulent boundary layer with pressure gradients // J. Fluid Mech. 1993. Vol. 249. Pp. 337–371. DOI: 10.1017/S002211209300120X