Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2015
Ключевые слова: турбулентность, многофазные течения, кластеризация, крупномасштабные вихревые структуры, large eddy simulation, particle image velocimetry
Аннотация: С помощью разработанной на предыдущем этапе (2014 г.) нормализованной Ланжевеновской модели турбулентной дисперсии инерционных частиц проведено моделирование турбулентного потока с взвешенными инерционными частицами в плоском канале и круглой трубе с осаждением и без осаждения. Выполнено сравнение с экспериментальными данными и данПоказать полностьюными лагранжева траекторного моделирования на основе DNS. Показано, что разработанная модель дает хорошее согласие как с экспериментальными данными, так и с данными DNS/Лагранжева трекинга для профилей концентрации частиц, моментов нормальной к стенке компоненты пульсационной скорости частиц вплоть до четвертого, а также скорости осаждения частиц на стенки в широком диапазоне чисел Стокса. Разработана тензорно-инвариантная формулировка нормализованной Ланжевеновской модели, которая заметно лучше традиционной описывает интенсивность продольных пульсаций скорости частиц и сдвиговые напряжения Рейнольдса частиц.Реализован программный модуль для расчета поля давления по данным Tomo-PIV измерений. Модуль протестирован на результатах PIV измеренийв свободной струе с умеренным числом Рейнольдса (5000). Полученное тестовое поле давления соответствует известным литературным данным, таким образом, подтверждая применимость методики для сложных турбулентных течений.Разработан и реализован в программном модуле метод для улучшения уровня сигнал/шум результатов корреляционной обработки 3D измерений полей скорости с высокой частотой съемки. Метод основан на минимизации шума в корреляционном домене за счет подхода многокадровой корреляции. Применение данного метода позволило получить последовательности 3D полей скорости для прямоточной струи с меньшим количеством характерных для PIV-обработки артефактов, что важно для последующего расчета полей давления в тестируемых потоках.Проведено LES моделирование затопленной струи, истекающей из протяженной трубы с развитым турбулентным профилем скорости на выходе. Показано, что полосчатые структуры, генерируемые в пограничном слое в трубе, взаимодействуют со струйным слоем смешения вблизи сопла, формируя подковообразные когерентные вихревые структуры. Проведен анализ результатов LES моделирования квазидвумерного турбулентного струйного течения в узком щелевом канале. Помимо известных крупномасштабных квазидвумерных вихревых структур, которые развиваются в обоих слоях смешения в шахматном порядке, идентифицированы характерные мелкомасштабные продольные вихри, и в ближнем, и дальнем поле. Показано, что в ближнем поле интенсивность этих вихрей связана с интенсивностью вовлечения жидкости в ядро потока. Подобные эффекты были также исследованы экспериментально с использованием метода Tomographic PIV высокого временного разрешения в широком диапазоне чисел Re. С учетом некоторого различия в постановке граничных условий, тем не менее, получено хорошее качественное соответствие результатов численного моделирования и эксперимента.Выполнен цикл экспериментов по исследованию гидродинамической структуры осесимметричной пузырьковой свободной и импактной струй, в том числе в условиях наложенных внешних пульсаций (низкоамплитудная модуляция расхода). Применена современная методика для диагностики двухфазных потоков, основанная на подходах лазерно-индуцированной флуоресценции, в совокупности с высокоточным измерительным оборудованием. Получена обширная экспериментальная база данных для широкого диапазона параметров эксперимента. По результатам экспериментальных исследований были получены пространственные распределения средней и флуктуационной скорости течения при различных значениях газонасыщения.