Потери напора по длине в винтовом цилиндрическом потоке : область низких закруток

• Автор: Харьков, Никита Сергеевич
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Обзор. Постановка задач

1.1. Терминология. Определения и обозначения

11.1. Способы закрутки потока

1.1.2. Определение интенсивности закрутки потока

1.2. Исследования винтового потока.

1.2.1. Теоретические исследования.

1.2.2. Экспериментальные исследования закрученных потоков.

1.2.3. Экспериментальные исследования гидравлических потерь в закрученном потоке

Выводы по главе 1

2. Аналитические оценки
2.1. Простейшие свойства решений уравнений динамики
2.1.1. Уравнение движения и уравнение неразрывности.
2.1.2. Нетривиальные решения для движения Бельтрами.
2.2 Кинематические соотношения винтового потока
2.3. Выводы по главе 2.
3. Численное моделирование винтовых движений в гладких цилиндрических трубах
3.1. О моделировании турбулентных течений
3.1.1. Алгебраические модели
3.1.2. Модели с одним дифференциальным уравнением.
3.1.3. Модели с двумя дифференциальными уравнениями.
31.4. Прямое численное моделирование i i ii
31.5. Метод моделирования крупных вихрей ii
3.1.6. Метод моделирования отсоединенных вихрей ii .
3.2. Модели турбулентности, реализованные в модуле программы .0.
3.21. Модель нулевого порядка алгебраическая модель
3.2.2. Стандартная ке модель.
3.2.3. I к модель кг модель, усовершенствованная Гиримаджи
3.2.4. Стандартная кю модель СаффменаВилкокса Vi модель кинетической энергиизавихренности.
3.2.5. Модель переноса касательных напряжений кш модель двухслойная модель Ментера, .
3.3. Тестирование моделей.
3.4 Численное моделирование винтового потока воздуха в цилиндрическом канале.
Выводы по главе 3.
4. Экспериментальное исследование воздушного потока в круглоцилиндрической трубе
4.1. Описание установки, погрешности измерений, тарировка
4.1.1. Описание экспериментальной установки
4.1.2. Методика измерений и обработки экспериментальных данных
4.1.3. Погрешности эксперимента
4.2. Исследование винтового потока
4.2.1. Описание условий эксперимента и способа закрутки потока.
4.2.2. Результаты эксперимента.
4.2.3. Сопоставление результатов эксперимента.
4.2.4. Анализ результатов эксперимента
4.3. Выводы по главе 4.
Заключение.
Список литературы


Выбор сравнительно простой области движения (прямой цилихщрический канал) обусловлен хорошей изученностью потоков в круглоцшгиндрических трубах и, как следствие, обширным массивом надежных экспериментальных и вычислительных результатов, необходимых для тестирования. Класс гидравлически гладких труб выделяет область гидравлических сопротивлений, не зависящую от микрогеометрии стенки. Это низкорейнолъдсова (по поступательной скорости) область движения, весьма характерная для приложений (вентиляционных систем, например). Формально, в обласги гидравлически гладких труб исчезает "параметр стенки" (шероховатость), что • существенной упрощает численное моделирование за счет сокращения количества констант и упрощения пристеночных функций. Наконец, в области гидравлически гладких круглоцилиндрических труб имеются формулы (Блазиуса и др. Л = /(Яе0). В настоящей работе исследуется винтовой поток, создаваемый с помощью пассивной закрз'тки в осевом направляющем аппарате (НА) с постоянным углом атаки. Изменение интенсивности закрутки осуществляется изменением угла атаки, т. НА. Каковы распределения компонент вектора скорости в поперечных сечениях круглоцилиндрической трубы, заполненной низкорейнольдсовым закрученным потоком? Каково отличие распределение продольной скорости в закрученном потоке от аналогичного распределения в поступательном потоке? Как закрутка потока влияет на потери напора по длине? Обзор. Постановка задач. Терминология. Определения и обозначения. Кинематическим винтом (или динамой) называется совокупносгь угловой скорости и поступательной скорости, параллельной угловой [1-1]. Закрученное течение характеризуется крупномасштабной поперечной циркуляцией потока, обусловленной тангенциальной скоростью, соизмеримой со среднерасходной осевой скоростью в канале. Определение [1-2] О. В. Митрофановой, как видно, охватывает и закрученные струи, если заменить в определении понятие "размер канала" размером сечения потока. В классе винтовых движений выделяется подмножество - т. Бельтрами (Громеки, Ламба): к = const = к0. Винтовые движения Бельтрами хорошо известны. В настоящее время эти движения представляют скорее методическую ценность. Действительно, по определению, о) = rot и = k0rotrotu - к0гош. И Т. Д.: rot™Of = k0rot(n*X)G>, n't-1, если положить 7l = rot'1 €9 . В силу уравнений Стокса rotroto)-0, либо v = 0. Пусть v*Q, тогда rotrotco — 0. Значит, гот = 0, <у = 0, к = 0 и движение Бельтрами для вязкой жидкости невозможно. Расширением подмножества движений Бельтрами служат винтовые движения с к = varia. Jw-V & dV = -vu>2dV<0. A = - rj . V -> in/ ? Поэтому изменение потока полного давления от сечения ^ до сечения минимально. Из сказанного следует, что определение, вводимое О. Белътрами. В настоящем исследовании изучаются винтовые движения в гидравлически гладких круглоцилигщрических трубах. Поскольку в гидравлически гладких трубах формально исчезает «параметр стенки» (шероховатость), что упрощает численное моделирование, а также позволяет использовать для аппроксимации зависимости Х~/(Ке0) формулы Блазиуса и др. Помимо этого круглоцилиндрическая форма имеет широкий спектр технических приложений. Тангенциальный подвод: потоку придается тангенциальное движение, которое в пределах входного патрубка преобразуется в поступательно-вращательное движение. Для этого используются завихрители тангенциального (Т), улиточного (У), танегнциальыо-лопаточного (ТЛ), тангенциально-щелевого (ТЩ) типов, а также генератор с тангенциальным и осевым подводом. Использование направляющих аппаратов (НА): в этом случае потоку одновременно придается вращательное и осевое движение. Используются аксиально-лопаточные (АЛ), аксиально-тангенциальные (АТ), шнековые (Ш) и ленточные (Л) направляющие аппараты. Непосредственное вращение потока: для этого используются такие механические усгройства как вентиляторы, вращающиеся грубы и т. Устройства, перечисленные в п. З относятся к активным методам генерации закрутки (осуществляется дополнительная передача энергии потоку).