Сравнение моделей турбулентности для закрученных течений

Исследовано турбулентное течение потока жидкости во вращающейся трубе, называемое течением Пуазейля --- Куэтта --- Тейлора. Для моделирования подобных задач линейные модели RANS непригодны, поскольку в таких течениях наблюдается сильная анизотропия турбулентности. В связи с этим для указанных задач необходимо использовать модели, которые учитывают анизотропию турбулентности. Удовлетворительные решения можно получить при использовании модифицированных линейных моделей, где введены специальные поправки на вращение потока. К таким моделям можно отнести модель SARC. В последнее время появился новый подход к проблеме турбулентности. На основе этого подхода построена новая двужидкостная модель турбулентности. Особенность модели заключается в том, что с ее помощью можно описывать сильно анизотропные турбулентные течения, модель проста для численной реализации и не требует больших вычислительных ресурсов. Проведен сравнительный анализ новой двужидкостной модели и модели SARC для течения Пуазейля --- Куэтта --- Тейлора. Полученные численные результаты исследования новой двужидкостной модели согласуются с экспериментальными данными лучше, чем результаты исследования модели SARC

Литература

[1] Spalart P.R., Allmaras S.R. A one-equation turbulence model for aerodynamic flows. 30th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 1992, no. 1992-0439. DOI: https://doi.org/10.2514/6.1992-439

[2] Versteegh Т.А., Nieuwstadt T.M. Turbulent budgets of natural convection in an infinite, differentially heated, vertical channel. Int. J. Heat Fluid Flow, 1998, vol. 19, iss. 2, pp. 135--149. DOI: https://doi.org/10.1016/S0142-727X(97)10018-2

[3] Boudjemadi R., Маupu V., Laurence D., et al. Direct numerical simulation of natural convection in a vertical channel: a tool for second-moment closure modelling. In: Engineering Turbulence Modelling and Experiments. Elsevier, 1996, pp. 39--48. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-444-82463-9.50010-1

[4] Peng S.H., Davidson L. Large eddy simulation of turbulent buoyant flow in a confined. Int. J. Heat Fluid Flow, 2001, vol. 22, iss. 3, pp. 323--331. DOI: https://doi.org/10.1016/S0142-727X(01)00095-9

[5] Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений. СПб., Изд-во Политехн. ун-та, 2012.

[6] Frolich J., von Terzi D. Hybrid LES/RANS methods for the simulation of turbulent flows. Prog. Aerosp. Sci., 2008, vol. 44, iss. 5, pp. 349--377. DOI: https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2008.05.001

[7] Haase W., Braza M., Revell A., eds. DESider --- a European effort on hybrid RANS-LES modelling. Results of the European-Union Funded Project. Series Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design, vol. 103. Berlin, Heidelberg, Springer, 2009. DOI: 10.1007/978-3-540-92773-0

[8] Malikov Z. Mathematical model of turbulence based on the dynamics of two fluids. Appl. Math. Model., 2020, vol. 82, pp. 409--436. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apm.2020.01.047

[9] Imao S., Itoh M., Harada T. Turbulent characteristics of the flow in an axially rotating pipe. Int. J. Heat Fluid Flow, 1996, vol. 17, iss. 5, pp. 444--451. DOI: https://doi.org/10.1016/0142-727X(96)00057-4

[10] Roback R., Johnson B.V. Mass and momentum turbulent transport experiments with confined swirling coaxial jets. NASA, 1983.

[11] Poroseva S.V. Wall corrections in modeling rotating pipe flows. Centre for Turbulence Research, 2001.

[12] Маликов З.М., Мадалиев М.Э. Численное моделирование двухфазного потока в центробежном сепараторе. Прикладная математика и механика, 2020, т. 84, № 5, с. 590--611. DOI: https://doi.org/10.31857/S0032823520050057

[13] Nazarov F.Kh., Malikov Z.M., Rakhmanov N.M. Simulation and numerical study of two-phase flow in a centrifugal dust catcher. J. Phys.: Conf. Ser., vol. 1441, art. 012155. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1441/1/012155

[14] Nazarov F.X., Khasanov S.M., Yakubov A.A. Computational experiment of swirling flows of turbulence models SA and SST. IJRTE, 2019, vol. 8, no. 4, pp. 2140--2144.

[15] Shih T.H., Zhu J., Liou W., et al. Modeling of turbulent swirling flows. NASA, 1997.