Моделирование гидродинамики и теплообмена при турбулентных течениях газа в каналах с переменным расходом

• Автор: Янышев, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Обзор современного состояния вопроса

1.1. Моделирование турбулентности

1.1.1. Феномен турбулентности и особенности внутренней структуры

турбулентных потоков

1.1.2. Гипотеза Буссинеска

1.1.3. Модель пути смешения

1.1.4. Современные полуэмпирические модели вихревой вязкости

1.1.5. Модели переноса рейнольдсовых напряжений

1.2. Важнейшие результаты теоретических и экспериментальных исследований турбулентных течений в каналах
1.2.1. Профили скорости и турбулентных пульсаций при течениях жидкости в каналах
1.2.2. Коэффициенты турбулентного переноса
1.2.3. Связь профилей скорости и турбулентной вязкости
1.2.4. Теплообмен в каналах на стабилизированном участке течения и его связь с трением
1.3. Нестационарные граничные условия и турбулентность
1.3.1. Особенности структуры турбулентных потоков в условиях тепловой нестационарности
1.3.2. Влияние гидродинамической нестационарности на турбулентное течение в каналах
1.4. Выводы по разделу и постановка задач исследования
2. Основные уравнения и численный метод
2.1. Используемые уравнения

2.2. Дискретизация уравнений по пространственным координатам
2.3. Дискретизация по времени и линеаризация
2.4. Проблема связи поля давления и поля скорости
2.5. Решение системы линейных уравнений
2.6. Верификация вычислительных методик
2.6.1. Течение в квадратной полости
2.6.2. Турбулентное течение в круглой трубе
3. Валидация моделей турбулентности на предмет моделирования нестационарных течений газа с переменным расходом
3.1. Анализ несоответствий
3.2. Ускорение потока
3.3. Замедление потока
3.4. Тестирование модели 88Т
3.5. Выводы по разделу
4. Анализ экспериментальных и теоретических данных
4.1. Общее описание экспериментальной установки и погрешности экспериментов
4.2. Анализ данных по вихревой вязкости
4.3. Обобщение данных и получение эмпирических зависимостей для коэффициента трения и числа Нуссельта
4.3.1. Функция Ламберта и аналитическое выражение для коэффициента трения в каналах
4.3.2. Получение модифицированного нестационарного коэффициента трения с учётом экспериментальных данных
4.3.3. Определение коэффициента теплоотдачи

5.1. Модификация пристеночных функций
5.2. Дополнительный источник турбулентной энергии
5.3. Результаты расчётов с использованием разработанной модели
турбулентности, сопоставление с экспериментом
Заключение
Перечень условных обозначений
Список использованных источников

>'1г0
Рис. 1.2.5 Распределение турбулентных касательных напряжений вблизи стенки при течении воздуха в трубе по данным Лауфера [35] (Ке = 5-104)
Как можно заметить из приведённых данных, турбулентные напряжения вдоль радиуса канала изменяются практически по линейному закону, за исключением области, непосредственно вблизи стенки.
1.2.2. Коэффициенты турбулентного переноса
На сегодняшний день для расчёта течений в каналах широко используются методы с использованием приближения Буссинеска. При этом имеется целый ряд эмпирических и полуэмпирических соотношений для определения коэффициентов переноса в каналах.
Зависимости для коэффициента турбулентной вязкости от расстояния до стенки приводят Рейхрадт [28] и Дайслер [33].
В зависимости Рейхардта профиль турбулентной вязкости разделен на 2 области.
В области, где у+ < 50 :