Об экспериментальных тестах (бенчмарках) для программных пакетов, обеспечивающих расчет теплообменников в атомной энергетике

Авторы

  • Михаил Александрович Большухин ОАО «ОКБМ Африкантов»
  • Андрей Юрьевич Васильев Пермский государственный национальный исследовательский университет
  • Алексей Владимирович Будников ОАО «ОКБМ Африкантов»
  • Дмитрий Николаевич Патрушев ОАО «ОКБМ Африкантов»
  • Роман Игоревич Романов ОАО «ОКБМ Африкантов»
  • Дмитрий Николаевич Свешников ОАО «ОКБМ Африкантов»
  • Андрей Николаевич Сухановский Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Петр Готлобович Фрик Институт механики сплошных сред УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2012.5.4.55

Ключевые слова:

турбулентная конвекция, конвективный теплообмен, CFD пакеты, бенчмарки

Аннотация

Обсуждается проблема обеспечения экспериментальным тестовым материалом программ вычислительной гидродинамики, применяемых при расчете теплообменников в атомной энергетике. В качестве эталонной задачи (бенчмарка) предлагается использовать задачу о турбулентной конвекции Рэлея–Бенара в прямоугольной полости размерами(где один из горизонтальных размеров) для фиксированного числа Рэлеяи аспектного отношения Ги. Эксперимент показал, что при таких аспектных отношениях реализуются различные режимы крупномасштабной циркуляции. Выполненные с помощью пакета ANSYS CFX расчеты для двух случаев (Г,и Г,) показали, что пакет позволяет получить результаты, адекватно отображающие как среднее течение, так и пространственное и спектральное распределения турбулентных пульсаций. Долговременные расчеты воспроизводят также динамику крупномасштабной циркуляции, хотя и требуют увеличения времени расчетов для более точного сопоставления характеристик поведения системы.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Библиографические ссылки

Betts P.L., Bokhari I.H. Experiments on turbulent natural convection in an enclosed tall cavity // Int. J. Heat Fluid Fl. – 2000. – V. 21, N. 6. – P. 675-683. DOI
2. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М., Непомнящий А.А. Устойчивость конвективных течений. - М.: Наука, 1989. - 320 с.
3. Зимин В.Д., Фрик П.Г. Турбулентная конвекция. - М.: Наука, 1988. - 178 с.
4. Васильев А.Ю., Фрик П.Г. Инверсии крупномасштабной циркуляции при турбулентной конвекции в прямоугольных областях // Письма в ЖЭТФ – 2011. –T. 93, № 6. – C. 363-367.
5. De Vahl Davis G. Natural convection of air in a square cavity: a bench mark numerical solution // Int. J. Numer. Meth. Fl. – 1983. – V. 3, N. 3. – P. 249-264. DOI
6. Hortmann M., Perić M., Scheurer G. Finite volume multigrid prediction of laminar natural convection: Bench-mark solutions // Int. J. Numer. Meth. Fl. – 1990. – V. 11, N. 2. – P. 189-207. DOI
7. Christon M.A., Gresho P.M., Sutton S.B. Computational predictability of time-dependant natural convection flows in enclosures (including a benchmark solution) // Int. J. Numer. Meth. Fl. – 2002. – V. 40, N. 8. – P. 953-980. DOI
8. Tian Y.S., Karayiannis T.G. Low turbulence natural convection in an air filled square cavity: Part I: the thermal and fluid flow fields // Int. J. Heat Mass Tran. – 2000. – V. 43, N. 6. – P. 849-866. DOI
9. Tian Y.S., Karayiannis T.G. Low turbulence natural convection in an air filled square cavity: Part II: the turbulence quantities // Int. J. Heat Mass Tran. – 2000. – V. 43, N. 6. – P. 867-884. DOI
10. Ozoe, H., Yamamoto, K., Churchill, S.W., Sayama, H. Three-dimensional, numerical analysis of laminar natural convection in a confined fluid heated from below // J. Heat Trans. - T. ASME. – 1976. V. 98, N. 2. – P.202-207.
11. Hernández R., Frederick R.L. Spatial and thermal features of three dimensional Rayleigh-Bénard convection // Int. J. Heat Mass Tran. – 1994. – V. 37, N. 3. – P. 411-424. DOI
12. Pallarés J., Cuesta I., Grau F.X., Giralt F. Natural convection in a cubical cavity heated from below at low Rayleigh numbers // Int. J. Heat Mass Tran. – 1996. – V. 39, N. 15. – P. 3233-3247. DOI
13. Pallarés J., Grau F.X., Giralt F. Flow transitions in laminar Rayleigh-Bénard convection in a cubical cavity at moderate Rayleigh numbers // Int. J. Heat Mass Tran. – 1999. – V. 42, N. 4. – P. 753-769. DOI
14. Pallarés J., Arroyo M.P., Grau F.X., Giralt F. Experimental laminar Rayleigh–Bénard convection in a cubical cavity at moderate Rayleigh and Prandtl numbers // Exp. Fluids. – 2001. – V. 31, N. 2. – P. 208-218. DOI
15. Puigjaner D., Herrero J., Giralt F., Simó C. Stability analysis of the flow in a cubical cavity heated from below // Phys. Fluids. – 2004. – V. 16, N. 10. – P. 3639-3655. DOI
16. Puigjaner D., Herrero J., Giralt F., Simó C. Bifurcation analysis of multiple steady flow patterns for Rayleigh–Bénard convection in a cubical cavity at // Phys. Rev. E. – 2006. – V. 73, N. 4. – 046304. DOI
17. Puigjaner D., Herrero J., Simó C., Giralt F. Bifurcation analysis of steady Rayleigh–Bénard convection in a cubical cavity with conducting sidewalls // J. Fluid Mech. – 2008. – V. 598. – P. 393-427. DOI
18. Буссе Ф., Любимов Д.В., Любимова Т.П., Седельников Г.А. Трехмерные режимы конвекции в кубической полости // МЖГ. – 2008. – № 1. – С. 3-11.
19. Puigjaner D., Herrero J., Simó C., Giralt F. From steady solutions to chaotic flows in a Rayleigh-Bénard problem at moderate Rayleigh numbers // Physica D. – 2011. – V. 240, N. 11. – P. 920-934. DOI
20. Sreenivasan K.R., Bershadskii A., Niemela J.J. Mean wind and its reversal in thermal convection // Phys. Rev. E. – 2002. – V. 65, N. 5. – 056306. DOI
21. Brown E., Ahlers G. Rotations and cessations of the large-scale circulation in turbulent Rayleigh– Bénard convection // J. Fluid Mech. – 2006. – V. 568. – P. 351-386. DOI
22. Xi H.-D., Xia K.-Q. Azimuthal motion, reorientation, cessation, and reversal of the large-scale circulation in turbulent thermal convection: A comparative study in aspect ratio one and one-half geometries // Phys. Rev. E. – 2008. – V. 78, N. 3. – 036326. DOI
23. Sugiyama K., Ni R., Stevens R.J.A.M., Chan T.S. et al. Flow reversals in thermally driven turbulence // Phys. Rev. Lett. – 2010. – V. 105, N. 3. – 034503. DOI
24. Любимов Д.В., Путин Г.Ф., Чернатынский В.И. О конвективных движениях в ячейке Хеле-Шоу // ДАН СССР. – 1977. – Т. 235, № 3. – С. 554-556.
25. Баранников В.А., Фрик П.Г., Шайдуров В.Г. Спектральные характеристики двумерной турбулентной конвекции в вертикальной щели // ПМТФ. – 1988. – № 2. – С. 42-46.
26. Аристов С.Н., Фрик П.Г. Крупномасштабная турбулентность в конвекции Рэлея-Бенара // Известия АН СССР. МЖГ. – 1989. – № 5. – C. 43-48.
27. Celani A., Matsumoto T., Mazzino A., Vergassola M. Scaling and universality in turbulent convection // Phys. Rev. Lett. – 2002. – V. 88, N. 5. – 054503. DOI
28. Seychelles F., Ingremeau F., Pradere C., Kellay H. From intermittent to nonintermittent behavior in two dimensional thermal convection in a soap bubble // Phys. Rev. Lett. – 2010. – V. 105, N. 26. – 264502. DOI
29. Богатырев Г.П., Гилев В.Г., Зимин В.Д. Пространственно-временные спектры стохастических колебаний в гидродинамических системах // Письма в ЖЭТФ. – 1980. – Т. 32, № 3. – С. 229-232.
30. Баранников В.А., Богатырев Г.П., Зимин В.Д., и др. Закономерности чередования пиков в спектрах стохастических колебаний гидродинамических систем: Препр. / Ин-т механики сплошных сред. – Свердловск, УНЦ АН СССР, 1982. – 32 с.
31. Smagorinsky J. General Circulation Experiments with the Primitive Equations. I. The basic experiment // Mon. Wea. Rev. – 1963. – V. 91, N.3. – P. 99-164. DOI

Загрузки

Опубликован

2012-12-25

Выпуск

Том 5 № 4 (2012)

Раздел

Статьи

Лицензия

Copyright (c) 2012 Вычислительная механика сплошных сред

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Как цитировать

Большухин, М. А., Васильев, А. Ю., Будников, А. В., Патрушев, Д. Н., Романов, Р. И., Свешников, Д. Н., Сухановский, А. Н., & Фрик, П. Г. (2012). Об экспериментальных тестах (бенчмарках) для программных пакетов, обеспечивающих расчет теплообменников в атомной энергетике. Вычислительная механика сплошных сред, 5(4), 469-480. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2012.5.4.55