Dwurównaniowe domknięcie turbulentnego strumienia ciepła

Transkrypt

1 Instytut Maszyn Przepływowych PAN Ośrodek Termomechaniki Płynów Zakład Przepływów z Reakcjami Chemicznymi Dwurównaniowe domknięcie turbulentnego strumienia ciepła Implementacja modelu: k 2 v' f ' 2 Michał Karcz

2 Motywacje Modelowanie przepływów dyfuzorowych z oderwaniem Modelowanie przepływów z wymianą ciepła - stany nieustalone Więcej informacji o strukturze przepływu Zbadanie możliwości programu FLUENT pod względem implementacji modeli niestandardowych poprzez UDF

3 Koncepcja modelu Składowa prędkości normalna do ścianki odpowiada zarówno za turbulentny transport pędu jak i ciepła Eliminacja funkcji tłumiących związanych z geometrią Efektywny współczynnik transportu ciepła nie musi być bezpośrednio związany z lepkością turbulentną Połączenie 4-równaniowego modelu turbulencji dynamicznej Durbina z 2-równaniowym modelem turbulencji termicznej Deng-Wu-Xi

4 Model Durbina (1) (2) (3) (4)

5 Wartości stałych w modelu Durbina Warunki brzegowe na ściance w modelu Durbina

6 Obliczenia z zaimplementowanym modelem Durbina Przepływ bez wymiany ciepła k v' 2 f

7 Przykład 1 - dyfuzor niesymetryczny Eksperyment - Test Case ERCOFTAC wg Obi (1993) oraz Buice & Eaton (1997) Model 2D Siatka strukturalna (100 x 300) y + <1 Metoda SIMPLEC oraz schematy II rzędu Przepływ rozwinięty na wlocie Re = Lepkość molekularna dla powietrza wg formuły Sutherlanda

8 Przykład 1 - cd.. Składowa prędkości V V x ref

9 Przykład 1 - cd.. ' v x v Naprężenia turbulentne 2 V ref ' x

10 Przykład 2 - kanał z uskokiem Eksperyment - Test Case ERCOFTAC wg Driver & Seegmiller (1985) Model 2D Siatka strukturalna (105 x 125) y + <1 Metoda SIMPLEC oraz schematy II rzędu Przepływ rozwinięty na wlocie Re = Lepkość molekularna wg formuły Sutherlanda

11 Przykład 2 - kąt 0 Składowa prędkości V V x ref

12 Przykład 2 - cd.. Składowa prędkości V V y ref

13 Przykład 2 - cd.. k Turbulentna energia kinetyczna 2 V ref

14 Przykład 2 - kąt 6 Składowa prędkości V V x ref

15 Przykład 2 - cd.. Składowa prędkości V V y ref

16 Przykład 2 - cd.. k Turbulentna energia kinetyczna 2 V ref

17 Równanie energii Turbulentny współczynnik transportu ciepła Domknięcie algebraiczne Domknięcie 2-równaniowe

18 Zmodyfikowany model Deng-Wu-Xi (5) (6)

19 Wartości stałych w zmodyfikowanym modelu DWX Warunki brzegowe w zmodyfikowanym modelu DWX

20 Obliczenia z zaimplementowanym modelem 6-równaniowym Przepływ z wymianą ciepła k 2 v' f ' 2

21 Przykład 3 - rozbieg termiczny w rurze Eksperyment - Hishida & Nagano (1979), (1988) Model osiowosymetryczny Siatka strukturalna (70 x 200) y + < 0.2 Metoda SIMPLEC oraz schematy II rzędu Przepływ rozwinięty na wlocie Re = Lepkość molekularna dla powietrza wg formuły Sutherlanda Molekularny współczynnik dyfuzji ciepła w funkcji temperatury

22 Przykład 3 - cd.. Temperatura

23 Przykład 3 - cd.. Natężenie fluktuacji temperatury 2 '2

24 Przykład 3 - cd.. Produkcja fluktuacji temperatury '2

25 Przykład 3 - cd.. Turbulentny strumień ciepła v' '

26 Przykład 3 - cd.. Turbulentna liczba Prandtla Prt

27 Przykład 4 - przepływ w kanale płaskim Obliczenia DNS - Kasagi (1992) Model 2D Siatka strukturalna (120 x 100) y + < 0.2 Metoda SIMPLEC Schematy II rzędu Przepływ rozwinięty na wlocie Re = 4560 Na ściance q = const Lepkość molekularna dla powietrza wg formuły Sutherlanda Molekularny współczynnik dyfuzji ciepła w funkcji temperatury

28 Przykład 4 - cd.. Temperatura Turbulentny strumień ciepła v' '

29 Przykład 4 - cd.. Budżet fluktuacji temperatury '2

30 Przykład 4 - cd... Budżet dyssypacji fluktuacji temp.

31 Podsumowanie Model Durbina daje rezultaty zadowalające w obszarze wzdłużnych gradientów ciśnienia Zmodyfikowany model DWX bez funkcji tłumiących daje dobre wyniki w obszarze rozbiegu termicznego Model wymaga dalszego kalibrowania stałych zarówno w równaniu ewolucji jak i w formule na turbulentny współczynnik transportu ciepła t

32 Instytut Maszyn Przepływowych PAN Ośrodek Termomechaniki Płynów Zakład Przepływów z Reakcjami Chemicznymi KONIEC