Численное моделирование турбулентного газового потока над волнистой поверхностью

Численное моделирование турбулентного газового потока над волнистой поверхностью

Апостол Ю. С., Вожаков И. С.
Сибирский журнал индустриальной математики, 26, 2(94), 5-13 (2023)
Скачать статью

УДК 519.6 
DOI: 10.33048/SIBJIM.2023.26.201

Аннотация:

С помощью пакета OpenFoam проведено численное исследование турбулентного потока над волнистой поверхностью при различных значениях амплитуды и длины волны возмущения стенки канала. Для описания турбулентных характеристик использованы модели RANS и LES. Число Рейнольдса в потоке составляло 20000. Получены средние профили скоростей и касательных напряжений на стенке канала. Рассчитаны значения амплитуды и сдвига фаз для возмущений касательного напряжения при различных геометрических параметрах канала. Проведено сравнение с теоретической моделью и экспериментальными результатами.

Литература:
  1. De Angelis V., Lombardi P., Banerjee S. Direct numerical simulation of turbulent flow over a wavy wall // Phys. Fluids. 1997. V. 9, N 8. P. 2429–2442.
     
  2. Thorsness C. B., Morrisroe P. E., Hanratty T. J. A comparison of linear theory with measurements of the variation of shear stress along a solid wave // Chem. Engrg. Sci. 1978. V. 33, N 5. P. 579–592.
     
  3. Zilker D. P., Cook G. W., Hanratty T.J. Influence of the amplitude of a solid wavy wall on a turbulent flow. Part 1. Non-separated flows // J. Fluid Mech. 1977. V. 82, N 1. P. 29–51.
     
  4. Zilker D. P., Hanratty T. J. Influence of the amplitude of a solid wavy wall on a turbulent flow. Part 2. Separated flows // J. Fluid Mech. 1979. V. 90, N 2. P. 257–271.
     
  5. Menter F. R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model // Turbulence, Heat Mass Transfer. 2003. V. 4, N 1. P. 625–632.
     
  6. Weickert M., Teike G., Schmidt O., Sommerfeld M. Investigation of the LES WALE turbulence model within the lattice Boltzmann framework // Comput. Math. Appl. 2010. V. 59, N 7. P. 2200–2214.
     
  7. Цвелодуб О.Ю., Архипов Д.Г., Вожаков И.С. Исследование волн на поверхности тонкой плёнки жидкости, увлекаемой турбулентным газовым потоком: моделирование вне рамок «квазиламинарного» приближения // Теплофизика и аэромеханика. 2021. Т. 28, № 2. С. 239–253.

Работа выполнена при финансовой поддержке проекта Института теплофизики СО РАН № 121031200084-2.

Апостол Ю. С.
  1. Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, 
    просп. Акад. Лаврентьева, 1, г. Новосибирск 630090, Россия
  2. Новосибирский государственный университет, 
    ул. Пирогова, 1, г. Новосибирск 630090, Россия

E-mail: y.apostol@g.nsu.ru

Вожаков И. С.
  1. Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, 
    просп. Акад. Лаврентьева, 1, г. Новосибирск 630090, Россия
  2. Новосибирский государственный университет, 
    ул. Пирогова, 1, г. Новосибирск 630090, Россия

E-mail: vozhakov@gmail.com

Статья поступила 08.07.2022 г.
После доработки — 14.11.2022 г.
Принята к публикации 12.01.2023 г.

Abstract:

Using the OpenFOAM open source software, a numerical study of the turbulent flow over a wavy surface was carried out for various values of the amplitude and wavelength of the disturbance of the channel wall. The RANS and LES models were used to describe the turbulent characteristics. The Reynolds number in the flow was 20000. Average profiles of velocities and shear stresses on the channel wall were obtained. The values of the amplitude and phase shift for disturbance of the shear stress were calculated for various geometrical parameters of the channel. The comparison was made with the theoretical model and experimental results.

References:
  1. De Angelis V., Lombardi P., Banerjee S. Direct numerical simulation of turbulent flow over a wavy wall. Phys. Fluids, 1997, Vol. 9, No. 8, pp. 2429–2442.
     
  2. Thorsness C.B., Morrisroe P.E., Hanratty T.J. A comparison of linear theory with measurements of the variation of shear stress along a solid wave. Chem. Engrg. Sci., 1978, Vol. 33, No. 5, pp. 579–592.
     
  3. Zilker D.P., Cook G. W., Hanratty T.J. Influence of the amplitude of a solid wavy wall on a turbulent flow. Part 1. Non-separated flows. J. Fluid Mech., 1977, Vol. 82, No. 1, pp. 29–51.
     
  4. Zilker D.P., Hanratty T.J. Influence of the amplitude of a solid wavy wall on a turbulent flow. Part 2. Separated flows. J. Fluid Mech., 1979, Vol. 90, No. 2, pp. 257–271.
     
  5. Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model. Turbulence, Heat Mass Transfer, 2003, Vol. 4, No. 1, pp. 625–632.
     
  6. Weickert M., Teike G., Schmidt O., Sommerfeld M. Investigation of the LES WALE turbulence model within the lattice Boltzmann framework. Comput. Math. Appl., 2010, Vol. 59, No. 7, pp. 2200–2214.
     
  7. Tsvelodub O. Y., Arkhipov D. G., Vozhakov I. S. Issledovanie voln na poverkhnosti tonkoi plenki zhidkosti, uvlekaemoi turbulentnym gazovym potokom: modelirovanie vne ramok «kvazilaminarnogo» priblizheniya [Investigation of waves on the surface of a thin film of liquid entrained by a turbulent gas flow: modeling outside the framework of the «quasi-laminar» approximation]. Thermophysics and Aeromechanics, 2021, Vol. 28, No. 2, pp. 239–253.(in Russian).