close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Лабораторная работа №7 (3)

код для вставкиСкачать
Федеральное государственное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Институт инженерной физики и радиоэлектроники
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №7
Двумерное ламинарное течение за обратным уступом
Студент РФ13-42М __________________ А.В. Серышев
Преподаватель __________________ А.В. Минаков Красноярск 2013
Цель работы: Изучение плоского циркуляционного течения несжимаемой жидкости за обратным уступом при помощи CFD программы σFlow. Оборудование: ПЭВМ, компьютерная программа σFlow, Microsoft Office.
Краткие теоретические сведения и постановка задачи
Канал с уступом представляет собой канал прямоугольного сечения, который на некотором участке внезапно расширяется. Если течение направлено из широкой части канала в узкую то, уступ называют прямым, если наоборот - обратным. Наличие уступов существенным образом может сказаться на течении в канале, поэтому умение правильно описывать течение с уступами является очень важным. В данной работе рассмотрим плоское ламинарное течение за обратным уступом. Геометрические характеристики канала с уступом приведены на Рис. 1, где h= 0.0049м.
В зависимости от величины числа Рейнольдса течения в канале с уступом образуются циркуляционные зоны размеры, которых S1, S2, S3 зависят от величины числа Рейнольдса. Рис. 1. Геометрия задачи
Расчеты течения в канале с уступом необходимо провести для следующих величин числа Рейнольдса: . Число Рейнольдса здесь определяется по формуле:
,
где - плотность потока, - динамическая вязкость, - скорость жидкости в центре канала на входе в тройник, - ширина входа. Плотность среды можно задать равной единице, тогда величина скорости потока для соответствующих значений числа Рейнольдса приведена в таблице 1. Таблица 1 - Скорость потока .
Re100200300400500600700800900, м/с9.6219.2328.8638.4648.0857.6967.376.986.5 Для проведения двухмерных расчетов на стенках уступа, перпендикулярных плоскости Z, необходимо задать условия скольжения. На остальных стенках - условие прилипания.
Порядок выполнения работы
Создание геометрии объекта и построение расчетной сетки
С помощью программы GridEdit.exe строим геометрию объекта (рис.2) и расчетную сетку из 20×65×2 узла (рис.3).
Рис.2. Геометрия объекта
Рис.3. Построение расчетной сетки
Так как данная задача двумерная, а построенный объект трехмерный, то необходимо на гранях перпендикулярных оси Z поставить условия симметрии. Затем задаем вход и выход. Сохраняем в папку c именем step сетку и называем ее grid.out. Аналогичным образом сохраняем геометрию объекта в файл geom.sgb.
Задание параметров задачи и проведение расчета
Запускаем программу SigmaFlow.exe. Создаем новый проект, называем его step.apr и сохраняем в папке step.
Далее в меню "Редактор" вводим следующие параметры:
1. отключаем расчет турбулентных характеристик, для этого убираем галочку в закладке "Турбулентность";
2. задаем динамическую вязкость 0.000971 Па×сек и плотность 1кг/м3 жидкости, которой заполнен канал в начальный момент;
3. фиксируем вход и задаем величину скорости 9.62 м/с (такая величина скорости на входе будет соответствовать числу Рейнольдса равному 100);
4. фиксируем выход;
5. отмечаем границы со скольжением, тем самым трехмерную задачу вырождаем в двумерную;
6. задаем компонентный состав среды;
7. заменим схему первого порядка аппроксимации Hybrid на схему второго порядка "Quickm";
8. выберем более "мощный" решатель уравнения на поправку давления ("BMCMR" - метод Булева, ускоренный методом минимальных невязок), "число итерации" ставим 40, коэффициент релаксации для границ делаем равным 1.
Расчет и анализ результатов
Проверяем правильность заданных нами параметров и проводим расчет. Для получения решения потребовалось около 350 итераций.
После достижения сходимости преступаем к анализу результатов расчета.
Проведем расчеты течения для следующих значений числа Рейнольдса: 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900. Полученные результаты сравним визуально (Рис.3) и исходя из размеров зон рециркуляции (Табл. 2-4).
Re=100Поле скоростей:
Поле давлений:
Визуализация частицами:
Re=200Поле скоростей:
Поле давлений:
Визуализация частицами:
Re=300Поле скоростей:
Поле давлений:
Визуализация частицами:
Re=400Поле скоростей:
Поле давлений:
Визуализация частицами:
Re=500Поле скоростей:
Поле давлений:
Визуализация частицами:
Re=600
Поле скоростей:
Поле давлений:
Визуализация частицами:
Re=700Поле скоростей:
Поле давлений:
Визуализация частицами:
Re=800Поле скоростей:
Поле давлений:
Визуализация частицами:
Рис.4. Течение в канале за обратным уступом при различных числах Рейнольдса
(Расчеты проводились с помощью схемы второй степени аппроксимации Quickm на сетке из 20×65×2 узла)
Также исследуем влияние выбора схемы аппроксимации и детализации сетки на точность результатов расчета. Полученные данные представлены в таблицах 2, 3 и 4.
Табл. 2 Размер 1-й зоны рециркуляции S1/h
Re100200300400500600700800Расчет из [1], Chen3.05.16.88.49.510.711.512.3Эксперимент3.05.16.88.510.111.413.514.8Расчет 20×65×22.874.625.826.947.568.008.578.17Расчет 30×165×22.894.646.007.147.808.378.939.2920×65×2
HYBRID7.1420×65×2
QUICKM7.5620×65×2
UMIST TVD7.2020×65×2
OMEGA2 TVD7.6630×165×2
HYBRID7.4030×165×2
QUICKM7.8030×165×2
UMIST TVD7.4530×165×2
OMEGA2 TVD7.66 Табл. 3 - Размеры 2-й зоны рециркуляции S2/h
Re500600700800Расчет из [1], Chen8.99.29.610.1Расчет из [2], Armaly7.26.76.25.8Эксперимент8.39.010.411.7Расчет 20×65×27.667.487.477.65Расчет 30×165×28.007.867.657.6520×65×2
HYBRID6.3820×65×2
QUICKM7.6620×65×2
UMIST TVD7.6620×65×2
OMEGA2 TVD7.6630×165×2
HYBRID7.6630×165×2
QUICKM8.0030×165×2
UMIST TVD7.6630×165×2
OMEGA2 TVD7.76
Табл. 4 - Размеры 2-й зоны рециркуляции S3/h
Re500600700800Расчет из [1], Chen12.215.117.520.0Расчет из [2], Armaly10.711.811.911.8Эксперимент14.014.917.520.0Расчет 20×65×29.7010.9711.7312.76Расчет 30×165×29.2012.0013.2715.3120×65×2
HYBRID7.6620×65×2
QUICKM9.7020×65×2
UMIST TVD9.2020×65×2
OMEGA2 TVD10.0030×165×2
HYBRID9.0030×165×2
QUICKM9.2030×165×2
UMIST TVD9.4030×165×2
OMEGA2 TVD10.00
Вывод:
В результате проведения данной лабораторной работы были изучены особенности плоского циркуляционного течения за обратным уступом. В ходе работы при числе Рейнольдса равном 100 наблюдалось возникновение за уступом первой зоны рециркуляции, которая при последующем возрастании числа Рейнольдса увеличивалась, при этом, начиная с Re=500, на противоположной стенке канала возникли вторая и третья зоны рециркуляции, которые так же увеличивались с увеличением числа Рейнольдса. Помимо этого с повышением числа Рейнольдса наблюдалось ухудшение сходимости решения уравнений на скорость, а при Re=800 наблюдается отрыв вихря за уступом и зарождение нового. Полученные данные были сопоставлены с экспериментом, так же было проведено исследование влияния на результаты детализации сетки и схемы аппроксимации. Данные показали, что с увеличением порядка аппроксимации и повышением детализации сетки, результаты получаются более близкими к экспериментальным, при этом происходит рост зон рециркуляции.
1
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
45
Размер файла
793 Кб
Теги
работа, лабораторная
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа