| Инд. авторы: | Деменков А.Г., Черных Г.Г. |
| Заглавие: | Численное моделирование динамики закрученного безымпульсного турбулентного следа |
| Библ. ссылка: | Деменков А.Г., Черных Г.Г. Численное моделирование динамики закрученного безымпульсного турбулентного следа // Вычислительные технологии. - 2018. - Т.23. - № 5. - С.37-48. - ISSN 1560-7534. - EISSN 2313-691X. |
| Внешние системы: | DOI: 10.25743/ICT.2018.23.5.004.; РИНЦ: 36319345; |
| Реферат: | rus: С применением математической модели, включающей осредненные уравнения движения и дифференциальные уравнения переноса нормальных рейнольдсовых напряжений и скорости диссипации, выполнено численное моделирование эволюции безымпульсного закрученного турбулентного следа с ненулевым моментом количества движения за телом вращения. Получено, что начиная с расстояний порядка 1000 диаметров от тела течение становится автомодельным. На основе анализа результатов численных экспериментов построены упрощенные математические модели дальнего следа. eng: Swirling turbulent jet flows are of interest in connection with the design and development of various energy and chemical-technological devices as well as both study of flow around bodies and solving problems of environmental hydrodynamics, etc. An interesting example of such a flow is a swirling turbulent wake behind bodies of revolution. Analysis of the known works on the numerical simulation of swirling turbulent wakes behind bodies of revolution indicates lack of knowledge on the dynamics of the momentumless swirling turbulent wake. A special case of the motion of a body with a propulsor whose thrust compensates the swirl is studied, but there is a nonzero integral swirl in the flow. In previous works with the participation of the authors, a numerical simulation of the initial stage of the evolution of a swirling momentumless turbulent wake based on a hierarchy of second-order mathematical models was performed. It is shown that a satisfactory agreement of the results of calculations with the available experimental data is possible only with the use of a mathematical model that includes the averaged equations of motion and differential equations for the transfer of normal Reynolds stresses along the rate of dissipation. In the present work, based on the above mentioned mathematical model, a numerical simulation of the evolution of a far momentumless swirling turbulent wake with a nonzero angular momentum behind the body of revolution is performed. It is shown that starting from distances of the order of 1000 diameters from the body the flow becomes self-similar. Based on the analysis of the results of numerical experiments, simplified mathematical models of the far wake are constructed. The authors dedicate this work to the blessed memory of Vladimir Alekseevich Kostomakha. |
| Ключевые слова: | mathematical models; momentumless swirling turbulent wake; автомодельное вырождение; математическая модель; закрученный турбулентный след с нулевым суммарным избыточным импульсом; self-similar degeneration; |
| Издано: | 2018 |
| Физ. характеристика: | с.37-48 |
| Цитирование: | 1. Reynolds, A.J. Similarity in swirling wakes and jets // J. Fluid Mech. 1962. Vol. 15, No. 2. P. 241-243. 2. Шетц Дж. Турбулентные течения. Процессы вдува и перемешивания. М.: Мир, 1984. 247 с. 3. Гумилевский А.Г. Исследование безымпульсных закрученных следов на основе двухпараметрической модели турбулентности // Изв. РАН. Сер. МЖГ. 1992. Т. 27, № 3. С. 35-41. 4. Гумилевский А.Г. Автомодельность и законы вырождения в следах с компенсацией по импульсу и моменту количества движения // Изв. РАН. Сер. МЖГ. 1993. Т. 28, № 5. С. 35-41. 5. Костомаха В.А., Леснова Н.В. Турбулентный закрученный след за сферой с полной или частичной компенсацией силы сопротивления // Прикладная механика и техническая физика. 1995. Т. 36, № 2. С. 88-98. 6. Chernykh, G.G., Demenkov, A.G., Kostomakha, V.A. Numerical model of a swirling momentumless turbulent wake // Russ. J. Numer. Anal. Math. Modelling. 1998. Vol. 13, No. 4. P. 279-288. 7. Гаврилов Н.В., Деменков А.Г., Костомаха В.А., Черных Г.Г. Экспериментальное и численное моделирование турбулентного следа за самодвижущимся телом // Прикладная механика и техническая физика. 2000. Т. 41, № 4. С. 49-58. 8. Piquet, J. Turbulent flows. Models and physics. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 1999. 762 p. 9. Chernykh, G.G., Demenkov, A.G., Kostomakha, V.A. Swirling turbulen wake behinda self-propelled body // Intern. J. of Comput. Fluid Dynamics. 2005. Vol. 19, No. 5. P. 399-408. 10. Lu, M.-H., Sirviente, A.I. Numerical study of the momentumless wake of an axisymmetric body // 43rd AIAA Aerospace Sci. Meeting and Exhibit, 10-13 January 2005, Reno, Nevada. AIAA, 2005. Paper 2005-1109. 14 p. 11. Tunaley, J.K.E. Ships turbulent propeller wake: Combined swirling and linear momentum wake: LRDC Technical Report, April 2010. 4 p. 12. Деменков А.Г., Черных Г.Г. Численное моделирование вырождения закрученного турбулентного следа за самодвижущимся телом // Теплофизика и аэромеханика. 2016. Т. 23, № 5. C. 693-702. 13. Деменков А.Г., Черных Г.Г. Автомодельное вырождение безымпульсного закрученного турбулентного следа // Теплофизика и аэромеханика. 2017. Т. 24. № 6. C. 891-896. 14. Dufresne, N.P., Wosnik, M. Velocity deficit and swirl in the turbulent wake of a wind turbine // Marine Technology Soc. J. 2013. Vol. 47, No. 4. P. 193-205. 15. Lewis, B.J., Cimbala, J.M. Unsteady computational fluid dynamic analysis of the behavior of guide vane trailing-edge injection and its effects on downstream rotor performance in a francis hydroturbine // J. of Turbomachinery. 2015. Vol. 137. P. 08101-1-08101-9. 16. Лаундер Б.Е., Морс А. Турбулентные сдвиговые течения 1: Пер. с англ. / Под ред. А.С. Гиневского. М.: Машиностроение, 1982. С. 291-310. 17. Rodi, W. A new algebraic relation for calculating the Reynolds stresses // ZAMM. 1976. Vol. 56. P. 219-221. 18. Townsend, A.A. The structure of turbulent shear flow. Second edition. Cambridge Univ. Press, 1976. 429 p. 19. Chernykh, G.G., Korobitsina, Z.L., Kostomakha, V.A. Numerical simulation of isotropic turbulence dynamics // Intern. J. of Comput. Fluid Dynamics. 1998. Vol. 10, No. 2. P. 173-182. 20. Капцов О.В., Фомина А.В., Черных Г.Г., Шмидт А.В. Автомодельное вырождение безымпульсного турбулентного следа в пассивно стратифицированной среде // Матем. моделирование. 2015. Т. 27, № 1. C. 84-98. 21. Rodi, W. Turbulence models and their application in hydraulics. A state of the art review. Univ. of Karlsruhe, 1980. 104 p. |
