Анализ течения в трубопроводе со стандартной диафрагмой средствами вычислительной гидродинамики

• Автор: Ганиев, Раис Ильясович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 212 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
Глава 1. Современное состояние моделирования параметров потока и метрологических характеристик в измерительном трубопроводе со стандартной диафрагмой
1.1. Требования к моделированию метрологических характеристик расходомерных устройств
1.2. Структура турбулентного потока на участке диафрагмирования
1.3. Характерные черты турбулентного течения
1.4. Подходы к моделированию турбулентных течений
1.5. RANS модели турбулентности
1.6. Постановка задач исследования
Глава 2. Теоретические основы моделирования течения в измерительном трубопроводе со стандартной
2.1. Физическая и математические модели объекта исследований
2.2. Семейство &-£моделей турбулентности
2.2.1. Уравнения стандартной к-е модели турбулентности
2.2.2. Уравнения RNG &-£модели турбулентности
2.2.3. Realizable &-£модель турбулентности
2.2.4. Пристеночные функции для моделей семейства к-е
2.2.4.1. Функции стенки
2.2.4.2. Стандартная функция стенки
2.2.4.3. Граничные условия для параметров турбулентности
2.2.4.4. Неравновесная функция стенки
2.2.4.5. Усовершенствованный пристеночный алгоритм
2.2.4.6. Ограничение применения функций стенки
2.3. Модели турбулентности семейства к-со
2.3.1. Уравнения переноса стандартной Ахумодели
2.3.2. Граничные условия на стенке
2.3.3. Модель переноса сдвиговых напряжений (SST к-со)
2.4. Однопараметрические модели
' 2.5. Рекомендации по выбору сеток для к-со моделей и однопараметрической модели Спалларта-Аллмареса
2.6. Геометрия объекта исследования, граничные условия
2.7. Дискретизация уравнений и алгоритм решения
Глава 3. Моделирование турбулентного течения на прямолинейном участке измерительного трубопровода
3.1. Характеристики течения в начальном участке гладкой трубы
3.2. Обобщенные зависимости расчета профиля скорости при турбулентном течении жидкости в гладком трубопроводе
3.3. Обобщенные зависимости расчета гидравлических сопротивлений при турбулентном течении жидкости в гладком трубопроводе
3.4. Параметры сетки при моделировании трубного течения
3.5. Граничные условия для численного моделирования
3.6. Сравнительный анализ результатов моделирования
3.6.1. Поперечный профиль скорости
3.6.2. Продольный профиль скорости
3.6.3. Сравнительный анализ гидравлических потерь
3.7. Сравнительный анализ результатов моделирования в широком диапазоне чисел Рейнольдса
3.8. Обобщение результатов моделирования турбулентного течения в прямолинейном участке измерительного гладкого трубопровода
Глава 4. Численные исследования метрологических характеристик и структуры потока в измерительном трубопроводе со стандартной диафрагмой
4.1. Объект исследований
4.2. Сетки
4.3. Граничные условия при численном моделировании
4.4. Структура потока
4.4.1. Влияние параметров сетки на погрешность определения протяженности рециркуляционных зон за диафрагмой
4.4.2. Зависимость протяженности рециркуляционных зон за диафрагмой от числа Рейнольдса
4.5. Расчет коэффициента истечения
4.5.1. Методика адекватного определения коэффициента истечения
4.5.2. Влияние параметров сетки на погрешность определения коэффициента истечения при постоянном значении числа Рейнольдса
4.5.3. Отклонения расчетных значений коэффициента истечения от значений стандарта в зависимости от числа Рейнольдса
Заключение
Литература

обходимости рассчитывать контролируемую вязкостью пристеночную область, в которой параметры потока изменяются наиболее быстро. Пристеночная функция является популярным подходом, поскольку экономит компьютерные ресурсы при разумной точности получаемых результатов. Пристеночная функция часто используется в практике инженерных расчетов. Однако, пристеночная функция (функция стенки) становится неадекватной при моделировании низкорейнольдсовых течений.
Программный продукт Fluent обеспечивает оба подхода для моделирования пристеночных потоков.
2.2.4.1. Функции стенки
Функция стенки представляет собой набор полуэмпирических формул и функций, которые обеспечивают связь переменных решения в полностью турбулентной области с пристеночными ячейками. Под этими функциями понимают:
- закон стенки для средней скорости и температуры;
- формулы для параметров пристеночной турбулентности.
Программный продукт Fluent предоставляет следующий выбор вариантов функции стенки:
- стандартная функция стенки;
- неравновесная функция стенки;
- усовершенствованный пристеночный алгоритм.
2.2.4.2. Стандартная функция стенки
Стандартная функция стенки (Standard Wall Functions - SWF) была предложена Лаундером и Сполдингом [56] и наиболее широко используется в инженерных приложениях. В программном продукте Fluent она включается по умолчанию.
Скорость осредненного течения определяется как
(2.25)

где: