195251, St. Petersburg,
Polytechnicheskaya, 29, Scientific-Research complex, room В.3.17.
+7 (921) 971-7617 (10 - 18 )
ntv-nauka@spbstu.ru

Панов Д. О., Рис В. В., Смирнов Е.М.

Вихреразрешающее численное моделирование трехмерного турбулентного течения в канале с резким поворотом на 180 градусов

 «»

Методами LES-WALE и IDDES с применением кода ANSYS Fluent 16.2 выполнены расчеты течения в U-образном канале квадратного сечения (RCL/Dh = 0,65). Результаты сопоставительных расчетов, проведенных для числа Рейнольдса Re = 40000 указанными методами, хорошо согласуются между собой. Для валидационных расчетов при Re = 100 000, в условиях широко известных тестовых экспериментов, использован более экономичный метод IDDES. Проанализировано влияние толщины пограничного слоя перед входом в поворот на поле течения. Расчетное поле осредненной скорости оказалось в удовлетворительном согласии с опытными данными; вычисленные и измеренные потери давления полностью совпали. Сделан вывод о том, что основная причина оставшихся расхождений между данными расчетов и измерений поля скорости заключается в невозможности достичь полного соответствия постановки вычислительной задачи условиям эксперимента, а именно – по согласованности условий на входной границе.

Ссылка при цитировании: Панов Д.О., Рис В.В., Смирнов Е.М. Вихреразрешающее численное моделирование трехмерного турбулентного течения в канале с резким поворотом на 180 градусов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2017. Т. 10 № 4. С. 21–33. DOI: 10.18721/JPM.10402

: 482 : 0

Абрамов А.Г., Левченя А.М., Смирнов Е.М., Смирнов П.Е.

Численное моделирование турбулентного теплообмена в коридорном пучке труб, поперечно обтекаемом жидким металлом

 «»

Представлены результаты численного моделирования турбулентного теплообмена в поперечно обтекаемых жидким металлом коридорных пучках гладких круглых труб. Расчеты выполнены с использованием CFD-пакета ANSYS Fluent в двумерной нестационарной постановке методом URANS с применением SST-модели турбулентности Ментера и в предположении постоянства физических свойств среды, с числом Прандтля, равным 0,023. Число Рейнольдса изменялось в диапазоне от 26200 до 52400. Проведен анализ мгновенных и осредненных во времени полей скорости и температуры, полученных для пучков различной плотности, при варьировании ширины пучка (числа трубных рядов в поперечном направлении). Интегральные характеристики теплоотдачи сравниваются с экспериментальными данными.

: 1168 : 0

Кириллов А.И., Галаев С. А., Исупов В. Ю., Смирнов Е.М.

ПРИМЕНЕНИЕ ВИХРЕРАЗРЕШАЮЩИХ МЕТОДОВ К РАСЧЕТУ ТРЕХМЕРНОГО ТЕЧЕНИЯ В ВЫХОДНОМ ДИФФУЗОРЕ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ

 «»

Приведена мотивация к постановке расчетов трехмерного нестационарного турбулентного течения в кольцевом диффузоре с силовыми стойками, установленном на выходе из мощной газовой турбины. Рассмотрены два варианта из числа вихреразрешающих методов, реализованных в пакете ANSYS FLUENT. Приведены результаты предварительных тестовых расчетов отрывного обтекания крылового профиля с применением URANS и IDDES методов. Проведено численное моделирование турбулентного течения для реальных условий работы выходного диффузора и в сопоставлении с экспериментальными данными оценена возможность URANS и IDDES методов по предсказанию характеристик его эффективности. Показано явное превосходство метода IDDES.

: 1469 : 0

Смирнов С. И., Смирнов Е.М., Смирновский А. А.

Влияние теплопереноса в торцевых стенках на турбулентную конвекцию ртути во вращающемся цилиндре.

 «»

Представлены результаты прямого численного моделирования турбулентной свободной конвекции ртути (число Прандтля Pr = 0,025) в подогреваемой снизу вращающейся цилиндрической емкости с высотой, равной диаметру. Изучено влияние вращения емкости и теплопереноса в горизонтальных твердых стенках на структуру конвекции и интегральную теплоотдачу. Эффективное число Рэлея Ra ≈ 1 000 000. Уравнения Навье – Стокса в приближении Буссинеска решались по методу дробных шагов. Проанализированы мгновенные и осредненные поля скорости и температуры, спектральный состав пульсаций, а также данные по интегральной теплоотдаче. Проведено сравнение результатов расчетов по коду внутреннего пользования SINF/Flag-S с экспериментальными данными и с результатами, полученными с использованием коммерческого программного пакета ANSYS Fluent 15.0.

: 948 : 0

Гатаулин Я.А., Зайцев Д.К., Смирнов Е.М., Федорова Е.А., Юхнев А.Д.

Расчетно-экспериментальное исследование слабозакрученного течения жидкости в модели кровеносного сосуда со стенозом

 «»

Проведено исследование слабозакрученного течения жидкости в модели кровеносного сосуда с несимметричным стенозом. При этом использованы ультразвуковой доплеровский метод и средства вычислительной гидродинамики. Изучено влияние закрутки потока на размер зоны обратных токов в области за стенозом. Показано, что модель стационарного ламинарного течения пригодна для численного анализа течения за стенозом выбранной геометрии при значении числа Рейнольдса Re < 300. Для более высоких его значений предпочтительным оказывается применение полуэмпирической модели турбулентности k-ω SST.

: 1163 : 0

Гатаулин Я.А., Зайцев Д.К., Смирнов Е.М., Юхнев А.Д.

Численное исследование пространственно-временной эволюции вторичного течения в моделях общей сонной артерии.

 «»

Проведено численное исследование вторичного течения в двух геометрически различных моделях общей сонной артерии: среднестатистической и с максимальной физиологической извитостью. Изучено влияние параметров извитости на временную и пространственную эволюцию закрученного потока. Показано, что наиболее сильная закрутка формируется во время фазы уменьшения расхода, на стыке грудного и шейного отделов. В этой области происходит трансформация вихрей Дина, характерных для течения в криволинейных трубках, в единый вихрь, формирующий закрученное течение. Полученные расчетные оценки интенсивности закрутки соответствуют результатам клинических измерений.

: 974 : 0

Пожилов А. А., Зайцев Д.К., Смирнов Е.М., Смирновский А. А.

Численное моделирование тепломассопереноса в трехмерной модели испарителя контурной тепловой трубы

 «»

Приводятся результаты имитационного численного моделирования трехмерного течения и сопряженного тепломассопереноса в модели испарителя контурной тепловой трубы спутника TacSat-4. Математическая модель основана на общих уравнениях баланса массы, импульса и энергии в составных системах, включающих занятые паром или жидкостью проточные части, а также твердотельные и пористые элементы, с испарением рабочей жидкости на границе между пористой структурой и паровой областью. Установлено, что процессы испарения теплоносителя наиболее интенсивно идут в углах паровых канавок вблизи корпуса испарителя. Показано, что отводящие пар аксиальные канавки испарителя работают в существенно разных условиях, в результате расходы пара отличаются в несколько раз. Существенное утолщение стенок корпуса испарителя лишь незначительно снижает степень неравномерности в распределении расхода теплоносителя по паровым канавкам.

Сcылка при цитировании: Пожилов А.А., Зайцев Д.К., Смирнов Е.М., Смирновский А. А. Численное моделирование тепломассопереноса в трехмерной модели испарителя контурной тепловой трубы // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2017. Т. 10. № 3. С. 52–63. DOI: 10.18721/JPM.10305

: 738 : 0

Исаенко И.И., Махнов А.В., Смирнов Е.М., Шмидт А.А.

Моделирование кавитации в высокоскоростных течениях в каналах

 «»

В работе сформулирована модель кавитирующих течений, в которой используется лагранжево-эйлеровское описание многофазной среды и где учитывается гетерогенный механизм образования кавитационых пузырей. Для моделирования их роста и схлопывания применяется уравнение Рэлея – Плессе, дополненное уравнениями межфазного переноса массы и энергии, определяющими их внутренние параметры. Разработанная модель обеспечивает качественное совпадение формы кавитационной каверны и положения ее задней границы с экспериментальными наблюдениями.

Ссылка при цитировании: Исаенко И.И., Махнов А.В., Смирнов Е.М., Шмидт А.А. Моделирование кавитации в высокоскоростных течениях в каналах // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2018. Т. 11. № 1. С. 55 – 65. DOI: 10.18721/JPM.11106

: 238 : 0

Галаев С. А., Кириллов А.И., Смирнов Е.М., Панов Д. О.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕЧЕНИЯ И ТЕПЛООБМЕНА В ВЫХОДНОМ ДИФФУЗОРЕ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ

 «»

Приведены результаты трехмерного аэродинамического расчета проточной части модельного газотурбинного отсека, который состоит из входного направляющего аппарата, последней ступени турбины и выходного диффузора с силовыми стойками. Продемонстрирована эффективность применения метода URANS для численно моделирования течения и теплообмена в выходном диффузоре газовой турбины. Показано, что для адекватного численного моделирования при входе в диффузор следует задавать трехмерное нестационарное поле параметров, соответствующее выходному сечению потока за последней ступенью турбины. Особое внимание уделено анализу вихревой структуры течения. Оценено влияние протечки через радиальный зазор над лопатками рабочего колеса на эффективность выходного диффузора. Результаты расчета сравниваются с данными, полученными при испытаниях отсека на экспериментальном стенде. При граничных условиях второго рода рассчитаны коэффициенты теплоотдачи для силовых стоек и проточной части диффузора.

: 784 : 0

Абрамов А.Г., Ковалёв Г.А., Смирнов Е.М.

Численное моделирование циркуляции паровоздушной среды и сопутствующей конденсации на ряде вертикальных трубок

 «»

В работе представляются результаты проведенных в трехмерной стационарной постановке по методу RANS расчетов турбулентной конвекции паровоздушной смеси, совершающей циркуляционное движение в замкнутой области, при наличии пленочной конденсации пара на расположенном в центральной части бесконечном ряде охлаждаемых вертикальных трубок. Основная цель расчетов – изучение влияния расстояния между трубками на структуру течения и характеристики теплоотдачи. Изложена математическая модель исследуемых процессов, программная реализация которой расширила возможности исследовательского CFD-кода SINF. По результатам расчетов выполнен обстоятельный анализ структуры полей скорости, температуры и массовой концентрации компонентов смеси в области, а также распределений теплового потока, отводимого через поверхности трубок.

: 1793 : 0

Колесник Е. В., Смирнов Е.М.

Тестирование различных схем с квазиодномерной реконструкцией газодинамических переменных при расчетах на неструктурированных сетках

 «»

Изложен ряд схем второго порядка аппроксимации, разработанных для расчета газодинамических течений на неструктурированных сетках. Конвективные потоки на гранях контрольных объемов вычислены по схеме Роу. Для повышения порядка точности использован MUSCL-подход с применением различных квазиодномерных схем реконструкции газодинамических переменных и ограничителей, которые делают решение монотонным. Сопоставительный анализ работоспособности рассмотренных схем проведен на двух задачах о течении невязкого газа, а именно трансзвукового обтекания крылового профиля NACA-0012 и сверхзвукового течения в канале с центральным клином. Выполнена оценка гладкости решений, полученных по разным схемам, диссипативность схем и устойчивость процесса вычислений.

Сcылка при цитировании: Колесник Е.В., Смирнов Е. М. Тестирование различных схем с квазиодномерной реконструкцией газодинамических переменных при расчетах на неструктурированных сетках // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2017. Т. 10. № 3.С. 123–139. DOI: 10.18721/JPM.10312

: 565 : 0

Левченя А.М., Кириллов А.И., Смирнов Е.М.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОТРЫВНОГО ТЕЧЕНИЯ В КОЛЬЦЕВОМ ОСЕРАДИАЛЬНОМ ДИФФУЗОРЕ

 «»

моделирования отрывного течения в кольцевом осерадиальном диффузоре, для которого имеются опытные данные по коэффициенту потерь. Численные решения c использованием пакета ANSYS FLUENT 16.0 получены на основе осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса (метод RANS) с использованием разных моделей турбулентности, а также по методу моделирования отсоединенных вихрей (метод IDDES). Посредством сопоставления расчетных и экспериментальных данных оценены возможности примененных методов по предсказанию характеристик эффективности диффузора. Показано, что рассчитанные методом RANS при Re = 1,8·105 значения коэффициента потерь, наиболее близкие к экспериментальным, получаются при использовании модели турбулентности Спаларта–Аллмараса. Для данного числа Рейнольдса результаты расчета методами IDDES и RANS (c моделью турбулентности Спаларта–Аллмараса) практически совпали. При более высоких числах Re метод IDDES прогнозирует меньшие, чем метод RANS, потери.

: 346 : 0

Храбрый А.И., Смирнов Е.М., Зайцев Д.К.

Влияние модели турбулентности на результаты расчета обтекания препятствия потоком воды после обрушения дамбы

 «»

Представлены результаты численного моделирования обтекания препятствия в форме параллелепипеда потоком, возникшим в результате обрушения дамбы. Показано, что расчеты без использования модели турбулентности переоценивают интенсивность волнообразования. Модель турбулентности k-e обеспечивает более высокий уровень турбулентной вязкости, чем модель SST, и позволяет получить относительно близкое к эксперименту решение.

: 2098 : 0