Численный анализ вихревых течений после внезапного расширения трубы с различными диаметрами

Результаты расчетов
На Рис.1-4 сплошными линиями представлены численные результаты. Точками изображены опытные данные полученные в работе [5]. Здесь все пространственные масштабы соотнесены к диаметру входной трубы. На Рис.1 и Рис.2 представлены профили соответственно аксиальной и тангенциальной скоростей потока в сечении x=0.2 Аналогичные графики представлены на Рис.3 и Рис.4 для x=0.5.

Рис.1. Профиль аксиальной скорости Рис.2. Профиль тангенциальной скорости

Рис.3. Профиль аксиальной скорости Рис.4. Профиль тангенциальной скорости

На Рис.5-8 сплошными линиями представлены численные результаты. Здесь второй диаметр трубы пять раз больше первой трубы. На Рис.5 и Рис.6 представлены профили соответственно аксиальной и тангенциальной скоростей потока в сечении x=0.2 Аналогичные графики представлены на Рис.7 и Рис.8 для x=0.5.

Рис.5. Профиль аксиальной скорости Рис.6. Профиль аксиальной скорости



Рис.7. Профиль аксиальной скорости рис.8. Профиль аксиальной скорости
На Рис.9-12 сплошными линиями представлены численные результаты. Здесь второй диаметр трубы десять раз больше первой трубы. На Рис.9 и Рис.10 представлены профили соответственно аксиальной и тангенциальной скоростей потока в сечении x=0.2 Аналогичные графики представлены на Рис.11 и рис.12 для x=0.5.

Рис.9. Профиль аксиальной скорости Рис.10. Профиль аксиальной скорости

Рис.11. Профиль аксиальной скорости Рис.12. Профиль аксиальной скорости
Заключение
В статье показана возможность моделирования вихревого течения после внезапного расширения с помощью нового модели. Поэтому математическое моделирование проведено на основе динамики двух жидкостей. Калибровка и верификация новой модели проведена на известных задачах, которые хорошо исследованы экспериментально. Несмотря на то, что природа турбулентности у этих задач разные, новая модель количественно неплохо описывает эти сложные течения.


Литература

1. 
   Абрамович Г Н Теория турбулентных струй // Москва «Наука». 1984. 716 с.
   
2. 
   Malikov Z M Mathematical Model of Turbulence Based on the Dynamics of Two Fluids// Applied Mathematic Modeling. № 82. 2020. pp. 409-436.
   
3. 
   П. Е. Смирнов. Тестирование v2-f-модели турбулентности при расчете течения и теплообмена в канале с внезапным расширением // Инженерно-физический журнал. .ТОМ 79, №4. С. 38.
   
4. 
   Patankar S.V. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Taylor&Francis. ISBN 978-0-89116-522-4. 1980.
   
5. 
   Dellenback P.A., Metzger D.E., Neitzel G.P. Measurments in turbulent swirling flow through an abrupt expansion // AIAA J. Vol. 26, No. 6. 1988. P. 669-681
   
6. 
   Л.Г.Лойцянский.Механика жидкости и газа.М.Наука,1987. С.678
   
7. 
   Андерсон Д., Таннехил Дою., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен.- М.: Мир,- Т.1- 384с.; 1990.Т.2 - 392с
   
8. 
   Von Mises R. “Bernerkungen zur Hydrodynamik”. Z. Angew. Math. u. Mech., 7, 425(1927).
   
9. 
   Bradshaw P., Ferriss D. H., Atwell N. P. “Calculation of boundary layer development using the turbulent energy equation”, J. Fluid Mech., 1967.
   
10. 
    Spalart, P.R. and Allmaras, S.R., “A One-Equation Turbulence Model for Aerodynamics Flows”, Boeing Commercial Airplane Group, Seattle, Washington, 1992.