Турбулентная конвекция жидкого натрия в наклонном цилиндре с единичным аспектным отношением
Автор: Мандрыкин Сергей Дмитриевич, Теймуразов Андрей Сергеевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 4 т.11, 2018 года.
Бесплатный доступ
Выполнено численное исследование турбулентной конвекции жидкого натрия (число Прандтля Pr = 0,0093) в цилиндре с единичным аспектным отношением, нагреваемом с одного торца и охлаждаемом с другого. Рассмотрены режимы течения при наклоне цилиндра относительно вертикали на угол β = 0, 20, 40, 70°. Число Релея составляет 1,5∙107. Задача решалась в трехмерной нестационарной постановке, что позволило получить мгновенные и средние характеристики процесса, проанализировать поля пульсаций температуры. Математическая модель основывается на уравнениях термогравитационной конвекции в приближении Буссинеска с применением метода крупных вихрей (LES) для учета мелкомасштабной турбулентности. Использована неравномерная расчетная сетка с общим числом узлов 2,9·106. Показано, что структура течения существенно зависит от β. Во всех случаях в цилиндре обнаруживается крупномасштабная циркуляция (КМЦ). При умеренном наклоне полости (β = 20°) наблюдается доминирующая частота осцилляций угла ориентации КМЦ...
Конвекция, турбулентность, малые числа прандтля, жидкий металл
Короткий адрес: https://sciup.org/143166069
IDR: 143166069 | DOI: 10.7242/1999-6691/2018.11.4.32
Список литературы Турбулентная конвекция жидкого натрия в наклонном цилиндре с единичным аспектным отношением
- Ahlers G., Grossmann S., Lohse D. Heat transfer and large scale dynamics in turbulent Rayleigh-Benard convection//Rev. Mod. Phys. 2009. Vol. 81, no. 2. P. 503-537.
- Chilla F., Schumacher J. New perspectives in turbulent Rayleigh-Benard convection//Eur. Phys. J. E. 2012. Vol. 35, no. 7. 58.
- Kolesnichenko I., Khalilov R., Teimurazov A., Frick P. On boundary conditions in liquid sodium convective experiments//J. Phys.: Conf. Ser. 2017. Vol. 891, no. 1. 012075.
- Khalilov R., Kolesnichenko I., Pavlinov A., Mamykin A., Shestakov A., Frick P. Thermal convection of liquid sodium in inclined cylinders//Phys. Rev. Fluids. 2018. Vol. 3, no. 4. 043503.
- Scheel J.D., Schumacher J. Predicting transition ranges to fully turbulent viscous boundary layers in low Prandtl number convection flows//Phys. Rev. Fluids. 2017. Vol. 2, no. 12. 123501.
- Teimurazov A., Frick P. Thermal convection of liquid metal in a long inclined cylinder//Phys. Rev. Fluids. 2017. Vol. 2, no. 11. 113501.
- Frick P., Khalilov R., Kolesnichenko I., Mamykin A., Pakholkov V., Pavlinov A., Rogozhkin S. Turbulent convective heat transfer in a long cylinder with liquid sodium//Europhys. Lett. 2015. Vol. 109, no. 1. 14002.
- Васильев А.Ю., Колесниченко И.В., Мамыкин А.Д., Фрик П.Г., Халилов Р.И., Рогожкин С.А., Пахолков В.В. Турбулентный конвективный теплообмен в наклонной трубе, заполненной натрием//ЖТФ. 2015. Т. 85, вып. 9. С. 45-49.
- Guo S.-X., Zhou S.-Q., Cen X.-R., Qu L., Lu Y.-Z., Sun L., Shang X.-D. The effect of cell tilting on turbulent thermal convection in a rectangular cell//J. Fluid Mech. 2014. Vol. 762. P. 273-287.
- Shishkina O., Horn S. Thermal convection in inclined cylindrical containers//J. Fluid Mech. 2016. Vol. 790. R3.
- Колесниченко И.В., Мамыкин А.Д., Павлинов А.М., Пахолков В.В., Рогожкин С.А., Фрик П.Г., Халилов Р.И., Шепелев С.Ф. Экспериментальное исследование свободной конвекции натрия в длинном цилиндре//Теплоэнергетика. 2015. № 6. С. 31-39.
- Zwirner L., Shishkina O. Confined inclined thermal convection in low-Prandtl-number fluids//J. Fluid Mech. 2018. Vol. 850. P. 984-1008.
- Кириллов П.Л., Денискина Н.Б. Теплофизические свойства жидкометаллических теплоносителей (справочные таблицы и соотношения). ЦНИИАтоминформ, 2000. 42 с.
- Smagorinsky J. General circulation experiments with the primitive equations. I. The basic experiment//Mon. Weather Rev. 1963. Vol. 91. P. 99-164.
- Deardorff J.W. A numerical study of three-dimensional turbulent channel flow at large Reynolds numbers//J. Fluid Mech. 1970. Vol. 41. P. 453-480.
- Weller H.G., Tabor G., Jasak H., Fureby C. A tensorial approach to computational continuum mechanics using object-oriented techniques//Comput. Phys. 1998. Vol. 12. P. 620-631.
- Issa R. Solution of the implicitly discretised fluid flow equations by operator-splitting//J. Comput. Phys. 1986. Vol. 62, no. 1. P. 40-65.
- Ferziger J.H., Peric M. Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer, 2002. 423 p.
- Fletcher R. Conjugate gradient methods for indefinite systems//Numerical Analysis. Lecture Notes in Mathematics, vol. 506/Ed. G.A. Watson. Springer, 1976. P. 73-89.
- Verzicco R., Camussi R. Numerical experiments on strongly turbulent thermal convection in a slender cylindrical cell//J. Fluid Mech. 2003. Vol. 477. P. 19-49.
- Stevens R.J.A.M., Verzicco R., Lohse D. Radial boundary layer structure and Nusselt number in Rayleigh-Benard convection//J. Fluid Mech. 2010. Vol. 643. P. 495-507.
- Shishkina O., Stevens R.J.A.M., Grossmann S., Lohse D. Boundary layer structure in turbulent thermal convection and its consequences for the required numerical resolution//New J. Phys. 2010. Vol. 12, no. 7. 075022.
- Cioni S., Ciliberto S., Sommeria J. Strongly turbulent Rayleigh-Benard convection in mercury: comparison with results at moderate Prandtl number//J. Fluid Mech. 1997. Vol. 335. P. 111-140.
