Моделирование турбулентной естественной конвекции в замкнутых вытянутых по высоте областях
Автор: Головизнин Василий Михайлович, Короткин Иван Александрович, Финогенов Сергей Александрович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 3 т.9, 2016 года.
Бесплатный доступ
В предыдущей работе авторов (см. журнал «Вычислительная механика сплошных сред», 2015, Т. 8, № 1, С. 60-70) было показано, что использование вихреразрешающей, свободной от настроечных параметров схемы КАБАРЕ для решения как двумерной, так и трехмерной задачи Дэвиса приводит к удивительно хорошему совпадению результатов расчетов на очень грубых сетках (20×20 и 20×20×20) с результатами экспериментов и прецизионных расчетов для чисел Релея вплоть до значения 1014. Настоящая работа посвящена исследованию чувствительности этого феномена к изменению формы каверны (переходу каверны от кубической формы к прямоугольной). Рассмотрены области в форме параллелепипеда с аспектными отношениями 1:4, 1:10 и 1:28,6. Представлено сравнение данных, полученных методом КАБАРЕ, с экспериментально установленными (для отношения 1:28,6), а также с найденными в ходе прямого численного моделирования (для отношения 1:4) и вычисленными по эмпирической формуле (для отношения 1:10). Во всех случаях метод КАБАРЕ продемонстрировал хорошее согласование интегральных характеристик течения в каверне с данными других авторов. При этом в расчетах применялись показательно грубые сетки, сгущающиеся по мере приближения к стенкам области. Показано, что приемлемая точность расчетов на экстремально грубых сетках сохраняется вплоть до аспектного отношения 1:10. При более высоких аспектных отношениях необходимое для достижения заданной точности число ячеек существенно возрастает.
Тепловая конвекция, турбулентные течения, несжимаемая жидкость
Короткий адрес: https://sciup.org/14320809
IDR: 14320809 | DOI: 10.7242/1999-6691/2016.9.3.22
Список литературы Моделирование турбулентной естественной конвекции в замкнутых вытянутых по высоте областях
- Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений. -СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. -88 с.
- Головизнин В.М., Глотов В.Ю., Данилин А.В., Короткин И.А., Карабасов С.А. Моделирование турбулентных течений по схеме «КАБАРЕ» в двухмерной и трехмерной несжимаемой жидкости/Сб. Фундаментальные проблемы моделирования турбулентных течений и двухфазных течений. -Москва: Комтехпринт, 2012. -Т. 3. -С. 113-185.
- Головизнин В.М., Короткин И.А., Финогенов С.А. Беспараметрический численный метод для расчета термоконвекции в прямоугольных кавернах в широком диапазоне чисел Рэлея//Вычисл. мех. сплош. сред. -2015. -Т. 8, № 1. -С. 60-70.
- Асфандияров Д.Г., Головизнин В.М., Финогенов А.С. Беспараметрический метод расчета турбулентного течения в плоском канале в широком диапазоне чисел Рейнольдса//ЖВММФ. -2015. -Т. 55, № 9. -С. 1545-1558.
- Головизнин В.М., Зайцев М.А., Карабасов С.А., Короткин И.А. Новые алгоритмы вычислительной гидродинамики для многопроцессорных вычислительных комплексов. -М.: Изд-во Московского университета, 2013. -472 с.
- De Vahl Davis G. Natural convection of air in a square cavity: A bench mark numerical solution//Int. J. Numer. Meth. Fl. -1983. -Vol. 3, no. 3. -P. 249-264.
- Trias F.X., Gorobets A., Soria M., Oliva A. Direct numerical simulation of a differentially heated cavity of aspect ratio 4 with Rayleigh numbers up to 1011 -Part I: Numerical methods and time-averaged flow//Int. J. Heat Mass Tran. -2010. -Vol. 53, no. 4. -P. 665-673.
- Trias F.X., Verstappen R.W.C.P., Gorobets A., Soria M., Oliva A. Parameter-free symmetry-preserving regularization modeling of a turbulent differentially heated cavity//Computers & Fluids. -2010. -Vol. 39, no. 10. -P. 1815-1831.
- Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. -М.: Атомиздат, 1979. -416 с.
- Betts P.L., Bokhari I.H., Experiments on turbulent natural convection in an enclosed tall cavity//Int. J. Heat Fluid Fl. -2000. -Vol. 21, no. 6. -P. 675-683.
- Dafa'Alla A.A., Betts P.L. Experimental study of turbulent natural convection in a tall air cavity//Exp. Heat Transfer. -1996. -Vol. 9, no. 2. -P. 165-194.
- ERCOFTAC, European research community on flow, turbulence and combustion. http://www.ercoftac.org/(дата обращения: 17.06.2016).
- Mergui S., Penot F., Tuhault J.L. Experimental natural convection in an air-filled square cavity at Ra = 1.7·109//Proc. of the Eurotherm Seminar no. 22, Editions Europeenees Thermiques et Industrie, Paris, 1993. -P. 97-108.
- Tian Y. Low turbulence natural convection in an air filled square cavity/PhD thesis. -UK, London: South Bank University, 1997.
- Le Quere P., de Alziary R.A. Transition to unsteady natural convection of air in differentially heated cavities//Proc. of the Fourth International Conference on Numerical Methods in Laminar and Turbulent Flow, Swansea, Pineridge Press, 1985. -P. 841.
- Кузнецов Ю.А. Вычислительные методы в подпространствах//Вычислительные процессы и системы/Под. ред. Г.И. Марчука. -Вып. 2. -М.: Наука, 1985. -C. 265-350.
- Кузнецов Ю.А., Финогенов С.А. Пакет программ для решения эллиптических задач с разделяющимися переменными//Численные методы и программное обеспечение. -M.: ИВМ АН СССР, 1990. -С. 95-105.
- Bokhari I.H. Turbulent natural convection in a tall cavity/PhD thesis. -University of Manchester: UMIST, 1996.
- Ince N.Z., Launder B.E. On the computation of buoyancy-driven turbulent flows in rectangular enclosures//Int. J. Heat Fluid Fl. -1989. -Vol. 10, no. 2. -P. 110-117.
