Об экспериментальных тестах (бенчмарках) для программных пакетов, обеспечивающих расчет теплообменников в атомной энергетике
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 4 т.5, 2012 года.
Бесплатный доступ
Обсуждается проблема обеспечения экспериментальным тестовым материалом программ вычислительной гидродинамики, применяемых при расчете теплообменников в атомной энергетике. В качестве эталонной задачи (бенчмарка) предлагается использовать задачу о турбулентной конвекции Рэлея–Бенара в прямоугольной полости размерами (где один из горизонтальных размеров ) для фиксированного числа Рэлея и аспектного отношения Г и . Эксперимент показал, что при таких аспектных отношениях реализуются различные режимы крупномасштабной циркуляции. Выполненные с помощью пакета ANSYS CFX расчеты для двух случаев (Г , и Г , ) показали, что пакет позволяет получить результаты, адекватно отображающие как среднее течение, так и пространственное и спектральное распределения турбулентных пульсаций. Долговременные расчеты воспроизводят также динамику крупномасштабной циркуляции, хотя и требуют увеличения времени расчетов для более точного сопоставления характеристик поведения системы.
Похожие статьи в разделе Гидромеханика. Механика жидкостей и газа
Короткий адрес: https://sciup.org/14320644
IDS: 14320644 | УДК: 532.517.4:
Experimental benchmarking of cfd codes used in simulations of heat exchangers for nuclear-power applications
This study is aimed to provide benchmark experimental data for CFD codes used in simulations of heat-exchangers for nuclear-power applications. The experimental results obtained in studying turbulent Raleigh–Benard convection in a rectangular tank with dimensions (where one of the horizontal dimensions ) are proposed as a benchmark. Experiments were carried out for a fixed Raleigh number and different values of aspect ratio Г and 1. It has been found that, for these aspect ratios, the large-scale circulation is characterized by different regimes. Numerical simulations made by ANSYS CFX for two cases (Г , and Г , ) provide relevant results not only for the mean flow but also for the spatial and temporal distribution of turbulent fluctuations. Long-time simulations are able to reproduce the dynamics of large-scale circulation, yet they require a remarkable increase of computation time for accurate comparison of flow characteristics.
Список литературы Об экспериментальных тестах (бенчмарках) для программных пакетов, обеспечивающих расчет теплообменников в атомной энергетике
- Betts P.L., Bokhari I.H. Experiments on turbulent natural convection in an enclosed tall cavity//Int. J. Heat Fluid Fl. -2000. -V. 21, N. 6. -P. 675-683.
- Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М., Непомнящий А.А. Устойчивость конвективных течений. -М.: Наука, 1989. -320 с.
- Зимин В.Д., Фрик П.Г. Турбулентная конвекция. -М.: Наука, 1988. -178 с.
- Васильев А.Ю., Фрик П.Г. Инверсии крупномасштабной циркуляции при турбулентной конвекции в прямоугольных областях//Письма в ЖЭТФ -2011. -T. 93, № 6. -C. 363-367.
- De Vahl Davis G. Natural convection of air in a square cavity: a bench mark numerical solution//Int. J. Numer. Meth. Fl. -1983. -V. 3, N. 3. -P. 249-264.
- Hortmann M., Perić M., Scheurer G. Finite volume multigrid prediction of laminar natural convection: Bench-mark solutions//Int. J. Numer. Meth. Fl. -1990. -V. 11, N. 2. -P. 189-207.
- Christon M.A., Gresho P.M., Sutton S.B. Computational predictability of time-dependant natural convection flows in enclosures (including a benchmark solution)//Int. J. Numer. Meth. Fl. -2002. -V. 40, N. 8. -P. 953-980.
- Tian Y.S., Karayiannis T.G. Low turbulence natural convection in an air filled square cavity: Part I: the thermal and fluid flow fields//Int. J. Heat Mass Tran. -2000. -V. 43, N. 6. -P. 849-866.
- Tian Y.S., Karayiannis T.G. Low turbulence natural convection in an air filled square cavity: Part II: the turbulence quantities//Int. J. Heat Mass Tran. -2000. -V. 43, N. 6. -P. 867-884.
- Ozoe, H., Yamamoto, K., Churchill, S.W., Sayama, H. Three-dimensional, numerical analysis of laminar natural convection in a confined fluid heated from below//J. Heat Trans. -T. ASME. -1976. V. 98, N. 2. -P.202-207.
- Hernández R., Frederick R.L. Spatial and thermal features of three dimensional Rayleigh-Bénard convection//Int. J. Heat Mass Tran. -1994. -V. 37, N. 3. -P. 411-424.
- Pallarés J., Cuesta I., Grau F.X., Giralt F. Natural convection in a cubical cavity heated from below at low Rayleigh numbers//Int. J. Heat Mass Tran. -1996. -V. 39, N. 15. -P. 3233-3247.
- Pallarés J., Grau F.X., Giralt F. Flow transitions in laminar Rayleigh-Bénard convection in a cubical cavity at moderate Rayleigh numbers//Int. J. Heat Mass Tran. -1999. -V. 42, N. 4. -P. 753-769.
- Pallarés J., Arroyo M.P., Grau F.X., Giralt F. Experimental laminar Rayleigh-Bénard convection in a cubical cavity at moderate Rayleigh and Prandtl numbers//Exp. Fluids. -2001. -V. 31, N. 2. -P. 208-218.
- Puigjaner D., Herrero J., Giralt F., Simó C. Stability analysis of the flow in a cubical cavity heated from below//Phys. Fluids. -2004. -V. 16, N. 10. -P. 3639-3655.
- Puigjaner D., Herrero J., Giralt F., Simó C. Bifurcation analysis of multiple steady flow patterns for Rayleigh-Bénard convection in a cubical cavity at//Phys. Rev. E. -2006. -V. 73, N. 4. -046304.
- Puigjaner D., Herrero J., Simó C., Giralt F. Bifurcation analysis of steady Rayleigh-Bénard convection in a cubical cavity with conducting sidewalls//J. Fluid Mech. -2008. -V. 598. -P. 393-427.
- Буссе Ф., Любимов Д.В., Любимова Т.П., Седельников Г.А. Трехмерные режимы конвекции в кубической полости//МЖГ. -2008. -№ 1. -С. 3-11.
- Puigjaner D., Herrero J., Simó C., Giralt F. From steady solutions to chaotic flows in a Rayleigh-Bénard problem at moderate Rayleigh numbers//Physica D. -2011. -V. 240, N. 11. -P. 920-934.
- Sreenivasan K.R., Bershadskii A., Niemela J.J. Mean wind and its reversal in thermal convection//Phys. Rev. E. -2002. -V. 65, N. 5. -056306.
- Brown E., Ahlers G. Rotations and cessations of the large-scale circulation in turbulent Rayleigh-Bénard convection//J. Fluid Mech. -2006. -V. 568. -P. 351-386.
- Xi H.-D., Xia K.-Q. Azimuthal motion, reorientation, cessation, and reversal of the large-scale circulation in turbulent thermal convection: A comparative study in aspect ratio one and one-half geometries//Phys. Rev. E. -2008. -V. 78, N. 3. -036326.
- Sugiyama K., Ni R., Stevens R.J.A.M., Chan T.S. et al. Flow reversals in thermally driven turbulence//Phys. Rev. Lett. -2010. -V. 105, N. 3. -034503.
- Любимов Д.В., Путин Г.Ф., Чернатынский В.И. О конвективных движениях в ячейке Хеле-Шоу//ДАН СССР. -1977. -Т. 235, № 3. -С. 554-556.
- Баранников В.А., Фрик П.Г., Шайдуров В.Г. Спектральные характеристики двумерной турбулентной конвекции в вертикальной щели//ПМТФ. -1988. -№ 2. -С. 42-46.
- Аристов С.Н., Фрик П.Г. Крупномасштабная турбулентность в конвекции Рэлея-Бенара//Известия АН СССР. МЖГ. -1989. -№ 5. -C. 43-48.
- Celani A., Matsumoto T., Mazzino A., Vergassola M. Scaling and universality in turbulent convection//Phys. Rev. Lett. -2002. -V. 88, N. 5. -054503.
- Seychelles F., Ingremeau F., Pradere C., Kellay H. From intermittent to nonintermittent behavior in two dimensional thermal convection in a soap bubble//Phys. Rev. Lett. -2010. -V. 105, N. 26. -264502.
- Богатырев Г.П., Гилев В.Г., Зимин В.Д. Пространственно-временные спектры стохастических колебаний в гидродинамических системах//Письма в ЖЭТФ. -1980. -Т. 32, № 3. -С. 229-232.
- Баранников В.А., Богатырев Г.П., Зимин В.Д., и др. Закономерности чередования пиков в спектрах стохастических колебаний гидродинамических систем: Препр./Ин-т механики сплошных сред. -Свердловск, УНЦ АН СССР, 1982. -32 с.
- Smagorinsky J. General Circulation Experiments with the Primitive Equations. I. The basic experiment//Mon. Wea. Rev. -1963. -V. 91, N.3. -P. 99-164.
