Моделирование турбулентной естественной конвекции в замкнутых вытянутых по высоте областях

Авторы

  • Василий Михайлович Головизнин Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
  • Иван Александрович Короткин Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН
  • Сергей Александрович Финогенов Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2016.9.3.22

Ключевые слова:

тепловая конвекция, турбулентные течения, несжимаемая жидкость

Аннотация

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

Данные по скачиваниям пока не доступны.

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

2016-09-30

Выпуск

Раздел

Статьи

Как цитировать

Головизнин, В. М., Короткин, И. А., & Финогенов, С. А. (2016). Моделирование турбулентной естественной конвекции в замкнутых вытянутых по высоте областях. Вычислительная механика сплошных сред, 9(3), 253-263. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2016.9.3.22