Семинар по фундаментальным проблемам аэродинамики в формате видеоконференции ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, ИТПМ СО РАН, СПбПУ, ИМех МГУ

Тема: Турбулентная конвекция в подогреваемом снизу вращающемся цилиндре

Автор: Сергей Игоревич Смирнов (СПбПУ) sergeysmirnov92@mail.ru

Представлены результаты прямого численного моделирования турбулентной свободной конвекции в подогреваемой снизу цилиндрической полости с высотой равной ее диаметру (Г = D/H = 1) при различных числах Прандтля: Pr = 0.025, 0.7, 6.4 (ртуть, воздух, вода). Большинство расчетов проведено с использованием конечно-объемного программного кода внутреннего пользования SINF/Flag-S (СПбПУ). Часть расчетов (в целях кроссверификации кодов) выполнена с использованием лицензионного программного пакета ANSYS Fluent.

Проанализировано влияние вращения емкости (вокруг своей оси) на структуру течения (рис. 1, Pr = 0.025) и теплопередачу. Показано, что при увеличении скорости вращения структура течения претерпевает изменения – от крупномасштабной циркуляции с фоновой турбулентностью для неподвижной емкости (число Россби Ro = ∞) к развитию вертикально-ориентированных образований, интенсивность которых ослабевает с уменьшением Ro. Проведено сравнение результатов расчетов с экспериментальными и расчетными данными других авторов.

Представляются и обсуждаются результаты расчетного исследования по оценке влияния теплопереноса в горизонтальных стенках конечной толщины на структуру течения и теплопередачу. Результаты обработаны с использованием эффективного числа Рэлея, которое вычислялось по осредненному перепаду температур между поверхностями раздела жидкость - твердое тело и принимало значение от 106 до 108. Эффективное число Россби изменялось от 0.1 до ∞.

Рисунок 1. Изоповерхности вертикальной компоненты скорости при Ra = 1.7∙107, 0.13 ≤ Ro ≤ ∞ (голубой цвет соответствует нисходящему течению, желтый – восходящему)