Численный анализ вихревых течений после внезапного расширения трубы с различными диаметрами

УДК: 519.6
ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ВИХРЕВЫХ ТЕЧЕНИЙ ПОСЛЕ ВНЕЗАПНОГО РАСШИРЕНИЯ ТРУБЫ С РАЗЛИЧНЫМИ ДИАМЕТРАМИ
Д.П. Наврузов
E-mail: [e-mail]
Аннотация: В настоящей работе проводится численное исследование резко расширяющегося сильно закрученного потока с помощью моделей v²-f на основе пакета программ Comsol Multiphysics 5.6 и двух жидкостной модели турбулентности. Полученные результаты сравниваются с известными экспериментальными данными с различными диаметрами трубы. Целью настоящей работы является проверка способности моделей описывать анизотропную турбулентность. Показано, что двух жидкостная модель является более подходящей для исследования подобных течений.
Ключевые слова: Внезапное расширение, динамика двух жидкостей, вихрь, контрольный объем, молярный вязкость, пакет программа COMSOL.


Введение
Течение после внезапного расширения трубы является одним из часто встречающихся случаев отрывного потока при обтекании острых кромок тел. Процесс отрыва сопровождается значительными изменениями скорости и давления в зоне отрыва. Течение и теплообмен вниз от сечения отсоединения потока зависит от предыстории развития потока и геометрии поверхности в районе сечения отрыва. Внезапное расширение потока в трубах или каналах обычно используется в качестве стабилизатора пламени в камерах сгорания, для интенсификации тепломасса обменных процессов и во многих других технических устройствах. Достаточно часто отрыв- это явление, приводящее к негативным последствиям: увеличение сопротивления газа в трубопроводах, снижение скорости и прочее. Наличие рециркуляционного течения в отрывной зоне оказывает значительное влияние на интенсивность процессов переноса импульса, теплоты и массы и определяет структуру турбулентного течения [1]. Достаточно часто в различных технологических приложениях используются двухфазные течения с отрывом. При этом, помимо указанных выше параметров, на процессы переноса большое влияние оказывает дисперсная фаза. Ее воздействие возрастает с ростом диаметра частиц и их концентрации. Цель настоящей работы проведение численного исследования распространения дисперсной примеси в турбулентном потоке после внезапного расширения трубы при наличии теплообмена двухфазного потока с поверхностью стенки трубы и сопоставить полученные результаты двух-жидкостной модели с результатами пакет программы COMSOL.
Как было отмечено выше, серьезными тестовыми задачами для моделей турбулентности являются задачи с закрученными потоками. Поэтому в качестве следующей тестовой задачи для верификации новой модели рассмотрим процесс прецессии сильно закрученного потока после внезапного расширения Рис.1. здесь изменяется

Рис. 1. Труба с внезапным расширением.