Численное исследование пространственных течений несжимаемой жидкости в элементах гидродинамических устройств

• Автор: Шаров, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Введение

Глава I. Исходные уравнения и метод их решения
§ 1. Основные уравнения
§2. Основные границы и реализация краевых условий
§3. Численный метод
3.1 Метод искусственной сжимаемости
3.2Метод конечных объемов
З.ЗРеализация неявной разностной схемы
3.4Распространение метода на нестационарные уравнения
Глава II. Апробация численного алгоритма и изучение его
свойств
§ 1. Течение около пластины, внезапно приведенной в движение 42 §2. Обтекание кругового цилиндра вязкой жидкостью
§3. Вязкое ламинарное течение в цилиндрической трубе изогнутой на 90°
§4. Моделирование вихревых структур в замкнутой цилиндрической банке
Глава III. Исследование изменения вихревых структур в
трубах
§ 1. Исследование распространения возмущений осредненных краевых условий на выходной границе при расчете слабоза-крученных течений
§2. Влияние параметров потока на положение зоны распада
вихря в цилиндрической трубе

Глава IV. Численное моделирование процессов аспирации в
пробоотборники
§ 1. Основные допущения. Методика расчета гидродинамического поля и эффективности аспирации
§2. Моделирование пробоотбора в цилиндрическую трубку 88 §3. Моделирование процесса аспирации в дискового пробоотборник
Заключение
Литература

Введение
Исследование вихревых или закрученных потоков несжимаемой жидкости имеет большое теоретическое и практическое значение. Во многих гидротехнических устройствах вихревые структуры непосредственно возникают на основных режимах работы и поэтому необходимо иметь представление о распределении гидродинамических параметров течения, условиях образования таких особенностей в течениях, их поведении и влиянии на общую работу установки. В проточных частях устройств образуются различные вихревые структуры, противотоки, рециркуляционные зоны и другие явления существенно влияющие на параметры течения. В некоторых случаях наличие этих особенностей играет полезную роль. Например, правильная организация закрученного потока в циклонных и вихревых топках приводит к более эффективному сжиганию топлива и уменьшению размеров камер сгорания за счет удлинения траекторий движения частиц топлива в закрученных потоках. А в других случаях, наоборот, приводит к ухудшению характеристик течения и работы устройства. Образующееся вихревое течение при обтекании дельтовидного крыла большой стреловидности под большими углами атаки, ниже по потоку начинает разрушаться - происходит распад вихря -и как показали эксперименты появление этого явления приводит к существенным изменениям характеристик крыла: уменьшается подъемная сила и увеличивается сила сопротивления, что , в свою очередь, сильно влияет на управление летательным аппаратом.
Поэтому зная законы образования и развития особенностей вихревых течений можно попытаться научиться управлять процессами происходящими в потоке и избежать нежелательных режимов работы.
Существует огромное разнообразие устройств в которых реализуются закрученные потоки: центробежные или вихревые камеры, вихревые трубы, циклоны, сепараторы, вихревые топки и камеры сгорания и др. (см. обзор
невязкой части разностной схемы (7). В данной работе антидиффузионный поток Ут+1/2 взят в следующем виде:
\ — ~ []у- —м+ ]+А+ Г]у[~ _+
т+1/2 л |. т+3/2 ХТ1т-1/2]Т [1ТАт+1/2 111 т+1/2 ф
т+3/2 ~
т1птос1(Ат+з/2А
т+3/2 т+1/2Д т+1/2
Мщ-1/2 — ДА.т+1/2Ат+1/2(2),
т+1/2 ~
тттос1(Ат+1/2Д
т+1/2 5 Mm+3/2m+3/2Q))
т+1/2
ттто<1( А т+1/2 А т+1/2 Q, (3А т_1/2А т.1/2 О), тттос1(х,у) = з1§п(х)тах[0, тт(|х|, у з1£п(х))],
1<Д <(3-Ф)/(1-Ф), т = у,к
Минмодульные ограничения введены для обеспечения минимально необходимого уровня диссипации, позволяющего явно не вводить в уравнения искусственные диссипативные члены. Без ограничителей схема имеет для невязких членов направленные против потоков разности второго (Ф = -1) или третьего (Ф = 1/3) порядков аппроксимации.
Для вычисления величин на гранях пг+1/2 (т=т, ф к), входящих в выражение для невязкого потока (9) используется обычное арифметическое усреднение зависимых переменных
Q т+1/2 = "'т+1)-
Можно показать, что при использовании такого усреднения будет точно выполняться соотношение
(Н”+1 - ЕС) Бт+1/2 = Ат+1/2(0>т+1 - 0т), (11)
гарантирующее эквивалентность исходных законов сохранения - дискретным, которым подчиняется численное решение, исходным законам сохранения.
Отметим, что в случае сжимаемых течений, для выполнения равенства, аналогичного (11), элементы матрицы Аш+1/2 должны вычисляться через зависимые переменные Ош+1/2, нелинейно усредненные по специальным фор-