The paper considers the formation of a ventilated cavity in a flow of water behind a streamlined body. Numerical modeling of the two-phase flow is based on the Volume of Fluid (VOF) method. The system of equations for the water-air mixture consists of the Navier-Stokes equation, continuity equation, energy conservation equation, and diffusion equation, and the equations of state (ideal gas equation, Boussinesq approximation). This system is closed by the Smagorinsky model of turbulence (the model of large eddies). The geometry was designed in accordance with the experimental cavitator using the SALOME open package. The calculation mesh was built by the method of cutting out the geometry from the calculation domain and step-by-step densification near the streamlined body using the snappyHexMesh utility. The results of the simulation of the formation of the air cavity behind the disk cavitator are presented. The influence of the parameters such as air injection velocity, water flow velocity on the formation of the air cavity, its size and stability is illustrated. An approximation dependence is proposed that describes the main parameters of the system. Numerical simulation of the non-stationary problem of the two-phase flow of two compressible fluids without a phase change was done using the compressibleInterFoam numerical model of the open-source package OpenFOAM. The obtained results were analyzed and compared with experimental data. The perspectives of subsequent studies related to the development of a three-phase numerical model using open source packages of programs for accounting for natural cavitation are ilustrated.
Despite the seeming simplicity of the steady flow in a pipe of constant radius, the question of the cause and process of the transition remains debatable. Especially since the necessary condition for the stability loss of parabolic profile is not satisfied, and the linear theory of hydrodynamic stability for an axisymmetric Poiseuille flow does not give growing axisymmetric eigen solutions for any Reynolds numbers, since the terms characterizing the interaction of disturbances with the initial velocity profile drop out in the linearized equations of momentum conservation. The report presents the results of the study of stages of convective stability loss for the flow at the initial section of the pipe depending on the variable parameters based on the numerical solution of the three-dimensional system of unsteady Navier-Stokes equations and the equation energy transfer. The variable parameters in this study were: Reynolds number, magnitude and gradient sign of the dynamic viscosity coefficient arising in nonisothermal flows. An analogy of the arising secondary axisymmetric large-scale toroidal vortex structures in the near-wall region to Tollmien-Schlichting waves in the region of the transition of the laminar boundary layer on the plate is shown. The subsequent loss of axisymmetry and stability of these torus-like vortex structures is analyzed, which leads to the formation of fairly regular longitudinal vortex structures downstream, the nonlinear interaction of which leads to chaotization of the flow. The lengths of these sections are determined depending on the Reynolds number, the magnitude and sign of the gradient of the dynamic viscosity coefficient.
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского» ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИИ ГОФРИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА СТРУКТУРУ ТЕЧЕНИЯ И ИНТЕНСИВНОСТЬ ТЕПЛООБМЕНА В ТРУБЕ Проведено численное моделирование тепловых и гидродинамических процессов в трубах с гофрированными вставками различных геометрических параметров. На основании двух веденных безразмерных параметров: длины волны k1=l/R и амплитуды гофрированной поверхности k3=2a/R выполнен анализ структуры вихревого течения в трубе и теплообмена на её поверхности. Показана взаимосвязь этих параметров с определяющим числом Рейнольдса Red и длиной начального участка трубы. Определено необходимое количество волн в зависимости от их длины для установления автомодельного режима течения. Найдено значение параметров k1, k3 в зависимости от числа Red, при которых значение перепада давления в гофрированной трубе минимально превышает значение перепада давления в гладкой трубе, а теплообмен максимален по сравнению с гладкой трубой. Полученные значения перепада давления в трубе с гофрированной вставкой не превышают значения в гладкой трубе более, чем на 4 %, что позволяет определять энергоэффективность труб с незагромождающим гофром только по значениям чисел Нуссельта. Ключевые слова: течение в трубе, интенсификация теплоотдачи, гидравлическое сопротивление, структура течения, завихренность потока, незагромождающий гофр. Вступление Гофрирование-один из наиболее распространенных методов структурирования теплообменных поверхностей, нашедший широкое применение при разработке новых и реконструкции уже существующих теплообменных аппаратов в энергетике и промышленности. Эффективность данного метода интенсификации теплообмена определяется прежде всего геометрией развитой поверхности. Правильный подбор геометрических параметров гофрирования позволяет не только увеличить коэффициент теплоотдачи, но и снизить сопутствующие гидравлические потери при соответствующем числе Рейнольдса. Анализу влияния геометрических параметров гофрированной поверхности в определенных диапазонах чисел Рейнольдса и Прандтля посвящено достаточно много робот [1-5]. Энергетическая эффективность структурированной поверхности, которая определяется отношением интенсивности теплообмена к гидравлическим потерям на ее осуществление, зависит и от режима течения, и от физических свойств теплоносителя, что и определяет индивидуальные свойства геометрии теплообменной поверхности. В зависимости от сочетания этих параметров теплоотдача может возрастать в несколько раз по сравнению с гладкой поверхностью при пропорциональном росте гидравлического сопротивления [3, 4]. Однако эффективной теплообменная поверхность становится только в случае, когда теплоотдача на ней возрастает существенно больше, чем ее гидравлическое сопротивление, что и определяет условие выбора геометрии теплообменной поверхности в заданном диапазоне чисел Рейнольдса. Общее гидравлическое сопротивление трубы можно варьировать с помощью частичного гофрирования поверхности, обеспечивающего накопление возмущений вниз по поток...
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.