МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЛЕКУЛЯРНОЙ ВЯЗКОСТИ ВЯЗКОПЛАСТИЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ В ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЯХ : научное издание

Описание

Перевод названия: MODELING OF MOLECULAR VISCOSITY COEFFICIENT OF VISCOPLASIC FLUIDS IN TURBULENT FLOWS

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2013

Ключевые слова: non-Newtonian fluids, Viscoplastic fluids, turbulence model, computational hydrodynamics, Molecular viscosity coefficient, Control volume method, Reynolds equation, неньютоновские жидкости, Вязкопластические среды, модель турбулентности, вычислительная гидродинамика, коэффициент молекулярной вязкости, метод контрольного объема, уравнения Рейнольдса

Аннотация: Турбулентные течения неньютоновских вязкопластических жидкостей в трубах и кольцевых каналах встречаются во многих промышленных установках и поэтому имеют большое практическое значение. Однако отсутствие замкнутой модели турбулентности для таких жидкостей не позволяет их моделировать. Принципиальной трудностью описания данных теченПоказать полностьюий является нелинейная зависимость коэффициента молекулярной вязкости от скорости деформации. Для решения задачи необходимо построить модель осредненного коэффициента молекулярной вязкости. Формулированию такой модели и посвящена настоящая работа. Задача решается в рамках подхода Рейнольдса с использованием низкорейнольдсовой двухпараметрической k-? - модели турбулентности. В предложенной модели коэффициент осредненной вязкости неявным алгебраическим образом связан со средней скоростью деформации и со средней скоростью диссипации турбулентной энергии. Для определения значений средней молекулярной вязкости используется двухшаговый итерационный алгоритм, интегрированный в численный алгоритм решения уравнений Рейнольдса. Тестовые расчеты выполнены для установившихся турбулентных течений степенной жидкости и жидкости Гершеля-Балкли в прямой круглой трубе. Полученные расчетные данные сопоставлялись с результатами прямого численного моделирования. Предложенная модель позволяет правильно описать снижение турбулентного переноса импульса с уменьшением показателя степени среды и с увеличением предельного напряжения. Получено хорошее предсказание распределений осредненного коэффициента вязкости как в пограничном слое, так и в ядре течений. Turbulent flows of non-Newtonian viscoplastic fluids in pipes and annular channels are realized in many commercial plants and therefore they are very important from the practical point of view. The experimental studying of such flows are very complex. On the other hand, it is impossible to simulate these flows because the corresponding turbulence model is absent. The principal problem is the nonlinear dependence of the molecular viscosity coefficient on the shear rate. It is necessary to formulate the model of the average coefficient of the molecular viscosity to solve the problem. In this paper a closed model for the averaged viscosity is developed. The mean molecular viscosity implicitly depends on the mean strain rate and turbulent dissipation rate. To find the distribution of the mean molecular viscosity, it is proposed to use the two-step iterative algorithm which is integrated into the numerical algorithm solving the Reynolds equations. To close the Reynolds equations a low-Reynolds turbulence k-? model is used. Test calculations were performed for power-law and Herschel–Bulkley fluids flows in a straight round pipe. The numerical data obtained through using the developed model are compared with the results of direct numerical simulations. The proposed model adequately describes the reduction of the momentum turbulent transport with decreasing the power-law index and with increasing the yield stress of the fluid. It was shown that the model suggested describes the averaged-viscosity distributions in the boundary layer and the flow core well enough

Ссылки на полный текст

Издание

Журнал: Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации

Выпуск журнала: 2

Номера страниц: 55-66

ISSN журнала: 17272769

Место издания: Новосибирск

Издатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Новосибирский государственный технический университет

Персоны

  • Гаврилов Андрей Анатольевич (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Красноярский филиал)
  • Рудяк Валерий Яковлевич (Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет)

Вхождение в базы данных