Моделирование турбулентных течений

В пособии приводятся основы теории тепломассообмена-течений многокомпонентных смесей газов, а также постановка и решение ряда задач, имеющих практическую направленность. Рассматриваются также вопросы моделирования турбулентных течений, в том числе при наличии диффузии. [c.4]

Интересно отметить, что моделирование неньютоновского течения во многом похоже на моделирование турбулентного течения, которое будет обсуждаться в 11.3. Перед этим рассмотрено течение жидкости с вязкостью, зависящей от температуры. [c.246]

Вязкость может быть переменной в ламинарных течениях, например в поле температур, задаваемом независимо от движения жидкости. При этом легко представить себе ситуацию, когда вязкость заметно меняется при изменении температуры, а изменением плотности можно пренебречь, как это характерно для вынужденной конвекции воды. Именно такой подход будет принят в этом разделе, однако основная цель — моделирование турбулентных течений. [c.144]

Турбулентность принадлежит к числу очень распространенных и, вместе с тем, наиболее сложных явлений природы, связанных с возникновением и развитием организованных структур (вихрей различного масштаба) при определенных режимах движения жидкости в существенно нелинейной гидродинамической системе. Прямое численное моделирование турбулентных течений сопряжено с большими математическими трудностями, а построение общей теории турбулентности, из-за сложности механизмов взаимодействующих когерентных структур, вряд ли возможно. При потере устойчивости ламинарного течения, определяемой критическим значением числа Рейнольдса, в такой системе возникает трехмерное нестационарное движение, в котором, вследствие растяжения вихрей, создается непрерывное распределение пульсаций скорости в интервале длин волн от минимальных, определяемых вязкими силами, до максимальных, определяемых границами течения. На условия возникновения завихренности и структуру развитой турбулентности оказывают влияние как физические свойства среды, такие как молекулярная вязкость, с которой связана диссипация энергии в турбулентном потоке, так и условия на границе, где наблюдаются тонкие пограничные вихревые слои, неустойчивость которых проявляется в порождении ими вихревых трубок. Турбулизация приводит к быстрому перемешиванию частиц среды и повышению эффективности переноса импульса, тепла и массы, а в многокомпонентных средах - также способствует ускорению протекания химических реакций. По мере накопления знаний о разнообразных природных объектах, в которых турбулентность играет значительную, а во многих случаях определяющую роль, моделирование этого явления и связанных с ним эффектов приобретает все более важное значение. [c.5]

Одновременно следует подчеркнуть ограниченные возможности данного подхода к моделированию турбулентных течений. Дело в том, что само существование определенной формы аппроксимирующих соотношений для корреляций высокого порядка в уравнениях переноса для вторых моментов (с учетом того, что моделирующие соотношения должны характеризоваться теми же свойствами тензорной симметрии, что и у моделируемых членов, и иметь ту же размерность) возможно только при наличии некоторого равновесного при данных условиях спектра турбулентности. Кроме того, часто делаются предположения о постоянстве эмпирических констант, значения которых не нужно подбирать для каждого нового течения. Для другого режима турбулентного течения форма аппроксимирующих соотношений, и тем более значения констант, могут сильно отличаться (Иевлев, 1975). Вместе с тем, схемы замыкания, использующие эволюционные уравнения переноса для вторых моментов, представляются по своим потенциальным возможностям более перспективными, чем схемы первого порядка, рассмотренные нами в 3.3. [c.168]

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЙ [c.191]

Мы рассмотрели подход к моделированию турбулентных течений, когда все описанные выше модели используются совместно с гипотезой Буссинеска. Следует отметить, что предположение о пропорциональности турбулентных напряжений градиенту скорости с коэффициентом пропорциональности одинаковым для всех направлений, не всегда [c.194]

О МАТЕМАТИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЙ РЕАГИРУЮЩИХ ГАЗОВ [c.29]

В рамках механики сплошной среды движение газообразной среды в общем случае описывается нестационарными трехмерными уравнениями Навье - Стокса, которые служат основой для прямого численного моделирования турбулентного течения. Для изучения прикладных задач широко применяются уравнения Рейнольдса (осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье - Стокса) с использованием гипотезы Буссинеска относительно напряжений Рейнольдса. Эти уравнения являются основой настоящего метода численного моделирования. [c.124]

Гидродинамическое моделирование. Нестационарное турбулентное течение, создающее гидроупругие возмущения в потоке, при исследованиях неподвижных элементов гидромашин заменяется модельным потоком, включающим в себя квазистационарную и спектральную модели течения [1]. Анализ этих моделей позволил установить диагностические параметры, идентифицирующие модельный турбулентный ноток. [c.104]

Соображения об аналогии могут быть использованы для теплового моделирования магнитогидродинамических характеристик при турбулентном течении электропроводящих сред в продольном магнитном поле. [c.87]

При изучении критериальных зависимостей может оказаться, что отдельные критерии очень слабо влияют на процесс в определенном диапазоне их изменения. В этом случае по отнощению к этим критериям процесс является автомодельным. Например, при ламинарном и сильно развитом турбулентном течении, когда инерционные силы либо пренебрежимо малы по сравнению с силами трения, либо соответственно преобладают последние, безразмерный профиль скорости практически не зависит от Re. В этом смысле процесс является автомодельным по Рейнольдсу. Наибольшая сложность моделирования имеет место в промежуточном диапазоне Re. [c.235]

Важным достижением в исследовании турбулентности за этот период явилась также разработка эффективных численных методов математического моделирования нестационарных трехмерных турбулентных течений с использованием ЭВМ и учетом возникающих в этих течениях когерентных структур. [c.7]

Численное моделирование турбулентных струйных течений на основе обобщенных уравнений Рейнольдса (трехчленное разложение). Влияние низкочастотного и высокочастотного гармонического возбуждения [c.167]

Исследованы вопросы торможения сверхзвукового электропроводящего потока магнитным полем. Рассмотрено течение проводящего газа в круглой трубе при наличии осесимметричного магнитного поля, создаваемого единичным токовым витком или соленоидом конечной длины. Анализ проведен на основе уравнений Эйлера (невязкий газ), а также полной системы уравнений Навье-Стокса ( ламинарное течение вязкого газа и турбулентное течение, описываемое с помощью однопараметрической модели турбулентности). Численное моделирование проведено с привлечением неявной релаксационной конечно-разностной схемы, являющейся модификацией метода С. К. Годунова. [c.386]

Моделирование турбулентных трехмерных течений [c.577]

При опытной проверке этих результатов необходимо соблюдать следующие две предосторожности, иначе не обеспечивается моделирование по числу Рейнольдса. Во-первых, нужно пользоваться моделями с аналогичной шероховатостью поверхностей. Это существенно влияет на появление турбулентного течения и на переход в пограничном слое от ламинарного течения к турбулентному. Так, вблизи Ке р. можно намного уменьшить лобовое сопротивление сферы, увеличив должным образом шероховатость ее поверхности. [c.143]

В исследованиях первого класса используется такое же оборудование и методы испытаний, как в любой хорошо оснащенной лаборатории для исследования бескавитационных характеристик тех же гидросооружений. Гидросооружения имеют две отличительные особенности течение со свободной поверхностью и большие размеры. Последнее обусловливает течение с большими числами Рейнольдса, соответствующими турбулентному режиму. Поскольку основными являются силы тяжести, моделирование осуществляется по числу Фруда. Поэтому масштаб модели должен быть большим, чтобы числа Рейнольдса по крайней мере были достаточны для турбулентного течения. Однако при таком методе моделирования обычных установок с атмосферным давлением на свободной поверхности на модели не возникает паровая кавитация, даже если в натуре она происходит интенсивно. Поэтому на модели невозможно определить возникновение кавитации, но о нем можно судить по измеренным распределениям давления. Такие измерения необходимо проводить на всех поверхностях, на которых могут быть низкие давления. В простых сооружениях большинство опасных зон известно. Тем не менее рекомендуется рассчитать значения числа кавитации К) и числа Кг, соответствующего началу кавитации на стенках канала, по формулам (7.11) и (7.14) и воспользоваться методом, приведенным в разд. 7.7.2 и 11.1.6. [c.549]

Отметим, что для тел с полусферическими носовыми частями и носовыми частями обтекаемой формы предположение о несущественном или второстепенном влиянии вязкости может не выполняться, если число Рейнольдса, соответствующее моделированию по числу Фруда, очень мало. Это обстоятельство может иметь особенно важное значение на последних участках подводной траектории в конечном процессе схода каверны и при последующем движении с полностью смоченной поверхностью. Однако, если число Рейнольдса модели соответствует переходу к турбулентному течению в пограничном слое на носовой части, влияние вязкости, вероятно, будет несущественным. [c.665]

При мотсматическом моделировании движения жидкого металла В ближний аоне воздействия использовались нелинейные уравнения вязкой теплопроводной жидкости — уравнения Навье-Стокса. Для их численного решения использовался метод Маккормака, хорошо зарекомендовавший себя при решении данного типа задач. Расчеты показали, что под действием внешнего импульсного воздействия в расплаве возникают два типа движения среды регулярные акустические течения, охватывающие достаточно большие области пространства, и турбулентные течения непосредстноньо на фронте кристаллизации, имеющие характер многочисленных мелкомасштабных вихрей. [c.82]

При моделировании не всегда удается выполнить все условия подобия из-за того, что некоторые из них трудно осуществить на практике или они оказываются несовместимыми. Например, если в каком-либо процессе течения критериями подобия являются числа Рейнольдса и Фруда (Рг =гю /(д1)) и в качестве модельной жидкости используется натурная жидкость, то модель должна в точности совпадать с оригиналом (моделирование, как таковое, теряет смысл). Это следует из того, что одновременное выполнение равенств а о/о=дам/м и ш о//о=йу //м невозможно, если 1оф1ж- В таком случае следует проанализировать, существенно ли влияние некоторых условий подобия на конечный результат, и идти по пути приближенного моделирования. Так, при турбулентном течении жидкости характер граничных условий в ряде случаев не оказывает существенного влияния на теплоотдачу тогда отпадает необходимость в точном выполнении второго условия подо [c.90]

В статье рассматриваются проблемы моделирования нестационарных турбулентных течений в неподвижных элементах гидромашин на базе модельного эксперимента, получение на стадии проектирования оптимальных геометрических форм неподвижных элементов гвдромашин, обеспечивающих снижение динамических [c.103]

В лаборатории турбомашин МЭИ используются различные стенды влажнога водяного пара, ориентированные на изучение 1) условий подобия и моделирования двухфазных течений в различных каналах и в элементах проточной части турбин АЭС 2) механизмов скачковой и вихревой конденсации пара в соплах каналах и решетках турбин при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях 3) влияния периодической нестационарности и турбулентности на процессы образования дискретной фазы, взаимодействия фаз и интегральные характеристики потоков 4) двухфазного пограничного слоя и пленок в безградиентных и градиентных течениях 5) механизма и скорости распространения возмущений в двухфазной среде, а также критических режимов в различных каналах в стационарных и нестационарных потоках 6) основных свойств и характеристик дозвуковых и сверхзвуковых течений в соплах, диффузорах, трубах, отверстиях и щелях 7) влияния тепло- и массообмена на характеристики потоков в различных каналах 8) течений влажного пара в решетках турбин с подробным изучением структуры потока и газодинамических характеристик 9) структуре потока, потерь энергии и эрозионного процесса в турбинных ступенях, работающих на влажном паре 10) рабочего процесса двухфазных струйных аппаратов (эжекторов i и инжекторов). [c.22]

Промежуточная разливка. За последние годы в металлургической промышленности для повышения качества металла используется непрерывная разливка стали в сочетании с промежуточной разливкой. Это позволяет более эффективно управлять физико-химическими процессами в расплавах. Зекели и Эль-Каддах [341] провели компьютерное моделирование трехмерного турбулентного течения, с помощью которого удалось дать математическое описание тепловых й жидкостных потоков при промежуточной разливке, а также определить параметры турбулизации. Они использовали водяную модель и разливочное устройство прямоугольной формы, в которое вливалась жидкая сталь через погруженную насадку-питатель (рис. 137). Поток стали непрерывно выливался из разливочного устройства, обеспечивая условия стационарного течения. Данные расчета трехмерного поля скоростей представлены в виде диаграммы в плоскостях ху (рис. 138) и zy на разных расстояниях z или х от дна модели соответственно. [c.221]

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНЫХ ТРЕХМЕРНЫХ СТРУЙНЫХ И ПОГРАНСЛОЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ ) [c.576]

Программный комплекс Flow Vision, созданный ООО "ТЕСИС", предназначен для моделирования трехмерных течений жидкости и газа в технических и природных объектах. Пакет позволяет проводить визуализацию течений методами компьютерной графики. Возможно моделирование стационарных и нестационарных течений несжимаемой и сжимаемой жидкостей, а также моделирование потоков со свободной поверхностью. Используется адаптивная расчетная сетка и различные модели Турбулентности. [c.98]

В устройствах пневмоники используются струйные элементы, дроссели, междроссельные камеры. В простейшем струйном элементе имеются каналы, которые могут рассматриваться как дроссели, и имеется камера, в которой взаимодействуют струи, вытекающие из каналов. Моделирование возможно, если воспроизводятся формы течений, характерные для всех участков тракта. Однако, как указывалось в 7, переход от ламинарного к турбулентному течению происходит в каналах при одном граничном значении числа Рейнольдса Reгp, а для струй при других значениях Рвгр, которые также рассчитываются по размерам сечений каналов, из которых вытекают струи те и другие значения Рвгр могут отличаться в десятки раз. [c.445]

Естественно ожидать, что достаточно сильная струя турбули-зируется. Эжекция турбулентной струи в отличие от ламинарной неограниченно возрастает с увеличением импульса. Поэтому для моделирования внешнего течения может быть рассмотрена задача, когда на положительпой полуоси равномерно размещены стоки некоторой обильности Q. Такая задача рассмотрена в работе [222]. Ее решение имеет вид г/= (1-Ь ж) ()/(2яу). Если С1ФО, то точное решение, указанное Яцеевым [151], а затем Сквайром [240] имеет вид [c.90]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...