Численное моделирование вихрей в течении Куэтта-Тейлора сжимаемого газа

Авторы

До С. З.

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), МФТИ, Институтский пер., 9, Долгопрудный, Московская облаcть, 141701, Россия

e-mail: do_xuan_doanh_83@yahoo.com

Аннотация

Течение Куэтта-Тэйлора в сжимаемом газе имеет большое значение для теоретической, а также для прикладной науки. Данному течению в сжимаемом газе или жидкости посвящено большое количество статей, содержащих как теоретический анализ, так и результаты численных расчетов. Однако число исследований для сжимаемого газа ограничено, несмотря на возрастающий практический интерес. Целью данной работы является численное исследование вихревой структуры течения Куэтта-Тэйлора для сжимаемого газа в зависимости от числа Рейнольдса и температуры поверхности цилиндров с использованием программного комплекса ANSYS CFX.
С целью получения надежных результатов для неограниченных коаксиальных цилиндров в построенной физической модели предполагается, что длина цилиндров существенно превышает промежуток между ними (в 100 раз в рассматриваемой модели). В качестве сжимаемого газа взят воздух. Численные результаты показывают, что траектории жидких частиц в соседних вихрях симметричны, что означает, что вихри являются спаренными.
Получена зависимость плотности вихрей, а также их структуры от числа Рейнольдса и поверхностной температуры цилиндров. Число Рейнольдса в данном случае определено по скорости внутреннего цилиндра и изменяется в пределах от 4.104 до 4.105, а температура отнесена к температуре торможения. Результаты расчетов показывают схожие зависимости плотности вихрей от числа Рейнольдса и от температуры поверхности. С ростом числа Рейнольдса плотность вихрей возрастает, затем достигает определенного уровня, после чего резко снижается.
Похожая картина наблюдается для соотношения плотности вихрей и температуры. В рассматриваемой модели температура поверхности внутреннего цилиндра фиксирована, а температура внешнего цилиндра изменяется в диапазоне от одной до восьми температур торможения. Вихревая плотность перестает изменяться, когда температура поверхности внешнего цилиндра превышает температуру торможения в семь раз.

Ключевые слова:

течения Куэтта Тэйлора, влияние сжимаемости, структура течения

Библиографический список

1. Kao K.-H., Chow C.-Y. Linear stability of compressible Taylor—Couette flow // Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, Vol. 4, 1992, pp. 984–996.
2. Боголепов В.В., Липатов И.И. Влияние сжимаемости на структуру вихрей Гертлера // Механика жидкости и газа, Т. 1, 1997, С. 36–47.
3. Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика. В 2 ч. — М.: Физматлит, 1963, c.728.
4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 6. Гидромеханика. — М.: Наука, 1986, 735 с.
5. Richard D. Sandberg Governing equations for a new Navier-Stokes Solver in general cylindrical coordinates //Report No. AFM-07/07, University of Southampton, 2007. — http://eprints.soton.ac.uk/49523

Скачать статью