Моделирование турбулентной естественной конвекции в замкнутых вытянутых по высоте областях
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2016.9.3.22Ключевые слова:
тепловая конвекция, турбулентные течения, несжимаемая жидкостьАннотация
В предыдущей работе авторов (см. журнал «Вычислительная механика сплошных сред», 2015, Т. 8, № 1, С. 60-70) было показано, что использование вихреразрешающей, свободной от настроечных параметров схемы КАБАРЕ для решения как двумерной, так и трехмерной задачи Дэвиса приводит к удивительно хорошему совпадению результатов расчетов на очень грубых сетках (20×20 и 20×20×20) с результатами экспериментов и прецизионных расчетов для чисел Релея вплоть до значения 10^14. Настоящая работа посвящена исследованию чувствительности этого феномена к изменению формы каверны (переходу каверны от кубической формы к прямоугольной). Рассмотрены области в форме параллелепипеда с аспектными отношениями 1:4, 1:10 и 1:28,6. Представлено сравнение данных, полученных методом КАБАРЕ, с экспериментально установленными (для отношения 1:28,6), а также с найденными в ходе прямого численного моделирования (для отношения 1:4) и вычисленными по эмпирической формуле (для отношения 1:10). Во всех случаях метод КАБАРЕ продемонстрировал хорошее согласование интегральных характеристик течения в каверне с данными других авторов. При этом в расчетах применялись показательно грубые сетки, сгущающиеся по мере приближения к стенкам области. Показано, что приемлемая точность расчетов на экстремально грубых сетках сохраняется вплоть до аспектного отношения 1:10. При более высоких аспектных отношениях необходимое для достижения заданной точности число ячеек существенно возрастает.
Скачивания
Библиографические ссылки
Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений. - СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. - 88 с.
2. Головизнин В.М., Глотов В.Ю., Данилин А.В., Короткин И.А., Карабасов С.А. Моделирование турбулентных течений по схеме «КАБАРЕ» в двухмерной и трехмерной несжимаемой жидкости / Сб. Фундаментальные проблемы моделирования турбулентных течений и двухфазных течений. - Москва: Комтехпринт, 2012. - Т. 3. - С. 113-185.
3. Головизнин В.М., Короткин И.А., Финогенов С.А. Беспараметрический численный метод для расчета термоконвекции в прямоугольных кавернах в широком диапазоне чисел Рэлея // Вычисл. мех. сплош. сред. - 2015. - Т. 8, № 1. - С. 60-70. DOI
4. Асфандияров Д.Г., Головизнин В.М., Финогенов А.С. Беспараметрический метод расчета турбулентного течения в плоском канале в широком диапазоне чисел Рейнольдса // ЖВММФ. - 2015. - Т. 55, № 9. - С. 1545-1558. DOI
5. Головизнин В.М., Зайцев М.А., Карабасов С.А., Короткин И.А. Новые алгоритмы вычислительной гидродинамики для многопроцессорных вычислительных комплексов. - М.: Изд-во Московского университета, 2013. - 472 с.
6. De Vahl Davis G. Natural convection of air in a square cavity: A bench mark numerical solution // Int. J. Numer. Meth. Fl. - 1983. - Vol. 3, no. 3. - P. 249-264. DOI
7. Trias F.X., Gorobets A., Soria M., Oliva A. Direct numerical simulation of a differentially heated cavity of aspect ratio 4 with Rayleigh numbers up to 1011 - Part I: Numerical methods and time-averaged flow // Int. J. Heat Mass Tran. - 2010. - Vol. 53, no. 4. - P. 665-673. DOI
8. Trias F.X., Verstappen R.W.C.P., Gorobets A., Soria M., Oliva A. Parameter-free symmetry-preserving regularization modeling of a turbulent differentially heated cavity // Computers & Fluids. - 2010. - Vol. 39, no. 10. - P. 1815-1831. DOI
9. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. - М.: Атомиздат, 1979. - 416 с.
10. Betts P.L., Bokhari I.H., Experiments on turbulent natural convection in an enclosed tall cavity // Int. J. Heat Fluid Fl. - 2000. - Vol. 21, no. 6. - P. 675-683. DOI
11. Dafa’Alla A.A., Betts P.L. Experimental study of turbulent natural convection in a tall air cavity // Exp. Heat Transfer. - 1996. - Vol. 9, no. 2. - P. 165-194. DOI
12. ERCOFTAC, European research community on flow, turbulence and combustion. http://www.ercoftac.org/ (дата обращения: 17.06.2016).
13. Mergui S., Penot F., Tuhault J.L. Experimental natural convection in an air-filled square cavity at Ra = 1.7·109 // Proc. of the Eurotherm Seminar no. 22, Editions Europeenees Thermiques et Industrie, Paris, 1993. - P. 97-108.
14. Tian Y. Low turbulence natural convection in an air filled square cavity / PhD thesis. - UK, London: South Bank University, 1997.
15. Le Quere P., de Alziary R.A. Transition to unsteady natural convection of air in differentially heated cavities // Proc. of the Fourth International Conference on Numerical Methods in Laminar and Turbulent Flow, Swansea, Pineridge Press, 1985. - P. 841.
16. Кузнецов Ю.А. Вычислительные методы в подпространствах // Вычислительные процессы и системы / Под. ред. Г.И. Марчука. - Вып. 2. - М.: Наука, 1985. - C. 265-350.
17. Кузнецов Ю.А., Финогенов С.А. Пакет программ для решения эллиптических задач с разделяющимися переменными // Численные методы и программное обеспечение. - M.: ИВМ АН СССР, 1990. - С. 95-105.
18. Bokhari I.H. Turbulent natural convection in a tall cavity / PhD thesis. - University of Manchester: UMIST, 1996.
19. Ince N.Z., Launder B.E. On the computation of buoyancy-driven turbulent flows in rectangular enclosures // Int. J. Heat Fluid Fl. - 1989. - Vol. 10, no. 2. - P. 110-117. DOI
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2016 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
