Другие журналы
Сетевое издание Аэрокосмический научный журнал

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл. № ФС 77-61858. ISSN 2413-0982

Анализ физической адекватности численного расчета коэффициента восстановления температуры при различных вариантах постановки задачи

Аэрокосмический научный журнал # 02, март 2016
DOI: 10.7463/aersp.0216.0837915
Файл статьи: Aersp_Mar2016_016to029.pdf (1284.42Кб)
автор: Клюквин А. Д.1,2,*

УДК 533.16

 1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

2 МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

В данной работе методами численной газовой динамики было проведено исследование распределения температуры восстановления в турбулентном пограничном слое сжимаемого газа в прямоугольном теплоизолированном канале при сверхзвуковом режиме течения. Расчет производился в программном комплексе ANSYS Fluent.
При численном моделировании были использованы SST и k-epsilon модели турбулентности при двух видах термических граничных условий на стенке канала: стандартное условие адиабатности, предусмотренное программным пакетом, а также пользовательское граничное условие (UDF), основанное на эмпирической зависимости коэффициента восстановления температуры в турбулентном пограничном слое от числа Прандтля рабочего тела.
Анализ полученных данных показал, что применение стандартного граничного условия теплоизолированной стенки в некоторых случаях приводит значениям коэффициента восстановления температуры на стенке, соответствующим ламинарному, а не турбулентному пограничному слою.
Для всех вариантов рассмотренной численной модели было выявлено ненулевое значение теплового потока в адиабатную стенку. В случае постановки пользовательских граничных условий данный факт объясняется приближенным характером зависимости коэффициента восстановления от числа Прандтля.
Для стандартного граничного условия адиабатной стенки наиболее вероятным объяснением такого результата является особенность численной схемы решения, согласно которой для установки нулевого теплового потока применяется ряд фиктивных ячеек, что может приводить к искажению тепловой картины в расчетной области непосредственно вблизи стенки.
Коррекция граничных условий с использованием эмпирической зависимости для коэффициента восстановления позволила уменьшить тепловые потоки и получить более хорошее приближение граничного условия адиабатности.
Таким образом, из полученных данных следует, что расчет теплообмена в турбулентном пограничном слое средствами программы  ANSYS Fluent пока не обеспечивает физически адекватных результатов, и для его уточнения на данный момент необходимо привлечение сторонних экспериментальных данных.

Список литературы
  1. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. 2-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат. 1985. 320 с.
  2. Eckert E., Drewitz O. Die Berechnung des Temperaturfeldes in der laminaren Grenzschicht schnell angeströmter, unbeheizter Körper // Luftfahrt-Forschung. 1942. Bd. 19. С. 189-196.
  3. Леонтьев А.И. Газодинамические методы температурной стратификации (обзор) // Известия РАН. МЖГ. 2002. № 4. С. 6-26.
  4. Бурцев С.А. Анализ влияния различных факторов на значение коэффициента восстановления температуры на поверхности тел при обтекании потоком воздуха. Обзор // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2004. № 11.28 с.DOI: 10.7463/1104.0551021
  5. Леонтьев А.И. Газодинамический метод энергоразделения газовых потоков //Теплофизика высоких температур. 1997. Т. 35. № 1. С. 157-159.
  6. Леонтьев А.И., Щеголев Н.Л., Носатов В.В., Стерелюхин С.А. Новый газодинамический метод температурной стратификации газа // Сб. тез. докл. 10-й Всерос. межвуз. н.-т. конф. "Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели". М.: Изд-во ГПНТБ, 1996. С. 76-77.
  7. Леонтьев А.И. Температурная стратификация сверхзвукового газового потока // Докл. РАН. 1997. Т. 354. №4. С. 475-477.
  8. Бурцев С.А., Леонтьев А.И. Температурная стратификация в сверхзвуковом потоке газа // Изв. РАН. Энергетика. 2000. № 5. С. 101-113.
  9. Бурцев С.А.Исследование температурной стратификации газа // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 1998. № 2. С. 65-72.
  10. Бурцев С.А. Исследование температурного разделения в потоках сжимаемого газа: дис. ... канд. техн. наук. М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2001. 124 с.
  11. Леонтьев А.И., Бурцев С.А., Визель Я.М., Чижиков Ю.В. Экспериментальное исследование газодинамической температурной стратификации природного газа / // Газовая промышленность. 2002. № 11. С. 72-75.
  12. Бурцев С.А. Исследование устройства температурной стратификации при работе на природном газе // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2004. № 9. 21 с. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/516097.html (дата обращения 20.01.2016).
  13. Виноградов Ю.А., Ермолаев И.К., Здитовец А.Г., Леонтьев А.И. / Измерение равновесной температуры стенки сверхзвукового сопла при течении смеси газов с низким значением числа Прандтля // Известия РАН. Энергетика. 2005. № 4. С. 128-133.
  14. Здитовец А.Г., Титов А.А. Экспериментальное исследование газодинамического метода безмашинного энергоразделения воздушных потоков // Тепловые процессы в технике. 2013. № 9. С. 391-397.
  15. Бурцев С.А. Исследование путей повышения эффективности газодинамического энергоразделения // ТВТ. 2014. Т. 52. № 1. С. 14-21. DOI: 10.7868/S0040364414010062.
  16. Леонтьев А.И., Бурцев С.А. Исследование влияния диссипативных эффектов на температурную стратификацию в потоках газа (обзор) // Теплофизика высоких температур. 2014. Т. 52, №2, С. 310-322.
  17. Бурцев С.А., Кочуров Д.С., Щеголев Н.Л. Исследование влияния доли гелия на значение критерия Прандтля газовых смесей // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 5. С. 314-329.DOI: 10.7463/0514.0710811.
  18. Бурцев С.А., Киселёв Н.А., Васильев В.К., Титов А.А. Экспериментальное исследование характеристик поверхностей, покрытых регулярным рельефом // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 1. С. 263-290. DOI: 10.7463/0113.0532996.
  19. Бурцев С.А., Киселёв Н.А., Леонтьев А.И. Особенности исследования теплогидравлических характеристик рельефных поверхностей // ТВТ. 2014. Т. 52. № 6. С. 895-898. DOI: 10.7868/S0040364414060052.
  20. Леонтьев А.И., Олимпиев В.В. Потенциал энергосбережения различных способов закрутки потока и дискретно шероховатых каналов (обзор) // Известия РАН. Энергетика. 2010. № 1. С. 13-49.
  21. ANSYS Fluent 12.0 Theory Guide. Режим доступа: http://www.afs.enea.it/project/neptunius/docs/fluent/html/th/node101.htm (дата обращения: 15.03.2016 г.).
  22. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.
  23. Клюквин А.Д. Верификация численного расчета параметров ламинарного пограничного слоя. // Молодежный научно-технический вестник. Электр. журн. 2015. № 4 (http://sntbul.bmstu.ru/doc/775027.html)
  24. Петухов Б.С. Теплообмен в движущейся однофазной среде. Ламинарный пограничный слой: Монография. М.: Издательство МЭИ. 1993. 352с.
  25. H.K. Versteeg, W. Malasekera. An Introduction to Computational Fluid Dynamics. The Finite Volume Method. New York, Longman Scientific and technical, 1995. 257 p.
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2017 «Аэрокосмический научный журнал» Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)