Refrigeration Engineering and Technology

ISSN-print: 0453-8307
ISSN-online: 2409-6792
ISO: 26324:2012
Архiви

EN Хвильова модель вторинних течій і когерентних структур в трубах

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

S. Surkov
https://orcid.org/0000-0002-3112-3041

Анотація

У статті виконано теоретичний аналіз течій, що виникають в поперечних перетинах потоків рідини і газу. Такі течії поділяються на вторинні течії і когерентні структури. З експериментальних досліджень відомо, що обидва типи течій є довгоживучі великомасштабні вихри, витягнуті уздовж потоку. Відносна стабільність вихорів традиційно пояснюється тим, що сили в'язкого тертя, які гальмують обертання, компенсуються інтенсифікацією закрутки при переміщенні периферійних шарів, які обертаються повільно, до центру вихору завдяки поздовжньому розтягуванню. Аналіз цього механізму дозволив розробити порівняно просту модель вихрових структур, в якій сили в'язкого тертя і осьове розтягування вважаються нескінченно малими. При таких припущеннях можна використовувати рівняння руху ідеальної рідини в змінних «функція струму – завихренність». Показано, що при деяких припущеннях ці рівняння приймають вигляд хвильового рівняння, а граничними умовами є умова рівності нулю функції струму на твердих стінках потоку. Отримані рішення даного хвильового рівняння описують такі окремі випадки: вихори Гертлера між циліндрами, що обертаються, вторинні течії в трубі з квадратним поперечним перерізом, закручена течія в круглій трубі, парний вихор після повороту труби. Фізичний сенс більш складних рішень хвильового рівняння став зрозумілим порівняно недавно. Дуже схожі структури виявлені в експериментальних дослідженнях шляхом ортогонального розкладання (POD) поля турбулентних пульсацій. Це може означати, що базисні функції в POD відповідають когерентним структурам, реально виникають в потоці. Отримані результати свідчать на користь гіпотези, що вторинні течії і когерентні структури мають спільну природу. Рішення, отримані в даній роботі, можуть використовуватися при обробці експерименту в якості власних функцій для методу ортогонального розкладання. Крім того, вони можуть використовуватися при прямому чисельному моделюванні (DNS) турбулентних течій

Ключові слова:
Вторинні течії, VLSM, Гогерентні структури, Метод ортогонального розкладання, Власні функції

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Як цитувати
Surkov, S. (2020). EN Хвильова модель вторинних течій і когерентних структур в трубах. Refrigeration Engineering and Technology, 55(5-6), 273-281. https://doi.org/10.15673/ret.v55i5-6.1655
Розділ
ТЕРМОДИНАМІЧНИЙ АНАЛІЗ ТА МОДЕЛЮВАННЯ

Посилання

1. Nikuradze, J. (1930) Turbulent flows in non-circular tubes. Ing.-Archiv, 1, 306-332.
2. Prandtl, L. (1951) Hidroaeromekhanika. M.: Vyd-vo inoz. lit., 576.
3. Shlikhtinh, H. (1974) Teoriya pohranychnoho sharu. M.: Nauka, 712.
4. Loycyanskiy, L. H. (1987) Mekhanika ridyny i hazu. M.: Nauka, 840.
5. Surkov, S. V. (2002) Khvylova model vtorynnykh techiy v pryzmatychnykh kanalakh. Tr. Odes. Politekhn. un-tu, 2(18), 184-188.
6. Surkov, S. V. (2003) Vtorynni techiyi v kanalakh z kruhlym i kiltsevym poperechnym pererizom. Tr. Odes. politekhn. un-tu, 1(19), 14-18
7. Hellstrӧm, L. H. O., Smits, A.J. (2014) The energetic motions in turbulent pipe flow. Phys. Fluids 26, 125102. DOI: 10.1063/1.4902436
8. Hellstrӧm, L. H. O., Sinha, A., Smits, A.J. (2011) Visualizing the very-large-scale motions in turbulent pipe flow. Physics of Fluids, 23, 011703. DOI: 10.1063/1.3533016
9. Monty, J. P., Stewart, J. A., Williams, R. C., Chong, M. S. (2007) Large-scale features in turbulent pipe and channel flows. Journal of Fluid Mechanics, 589, 147. DOI: 10.1017/S002211200700777X
10. Baltzer, J. R., Adrian, R. J., Wu, X. (2013) Structural organization of large and very large scales in turbulent pipe flow simulation. Journal of Fluid Mechanics, 720, 236–279. DOI: 10.1017/jfm.2012.642
11. Dennis, D., Sogaro, F. (2014) Distinct organizational states of fully-developed turbulent pipe flow. Phys. Rev. Lett. 113, 234501. DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.234501
12. Hellström, L. H. O., Ganapathisubramani, B., Smits, A.J. (2016) Coherent structures in transitional pipe flow. Physical Review Fluids, 1, 024403. DOI: 10.1103/PhysRevFluids.1.024403
13. Surkov, S. V. (2004) Kompyuterna vizualizatsiya ploskykh techiy nestyslyvoyi ridyny. Tr. Odes. Politekhn. un-tu, 1(21), 205-208.
14. Arsiriy, E. A., Arsiriy, V. A., Vasilevskaya, A. P. (2005) Analiz zobrazhen hidrodynamichnykh potokiv za dopomohoyu otsinky parametriv vykhrovykh khvylovykh struktur. Tr. Odes. Politekhn. un-tu, 1(23), 107–111.
15. Arsiriy, V., Kravchenko, O. (2018) Reconstruction of turbomachines on the basis of the flow structure visual diagnostics. International Journal of Mechanics and Mechanical Engineering, 22, 2, 405-414.
16. Matin, R., Hellström, L. H. O., Hernández-García, A., Mathiesen, J., Smits, A. J. (2018) Coherent structures in turbulent square duct flow. International Journal of Heat and Fluid Flow, 74, 144-153. DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2018.08.007.
17. Korenev, B. H. (1960) Deyaki zadachi teoriyi pruzhnosti i teploprovidnosti, yaki vyrishuyutsya v beselevykh funktsiyakh. M .: Fizmathiz, 460.
18. Surkov, S. V., Horbatenko, E. A. (2009) Kinematychni vlastyvosti dvoparametrychnykh vykhrovykh techiy. Tr. Odes. politekhn. un-tu, 1(31), 139–142.