| Инд. авторы: | Чуруксаева В.В., Старченко А.В. |
| Заглавие: | Численное исследование двухфазного течения жидкости с легкими частицами в открытых каналах |
| Библ. ссылка: | Чуруксаева В.В., Старченко А.В. Численное исследование двухфазного течения жидкости с легкими частицами в открытых каналах // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. - 2016. - № 6. - С.88-103. - ISSN 1998-8621. - EISSN 2311-2255. |
| Внешние системы: | DOI: 10.17223/19988621/44/8; РИНЦ: 27670398; |
| Реферат: | rus: Представлена математическая модель и численный метод для расчета двухфазных турбулентных течений жидкости с твердыми легкими частицами в открытых каналах. Модель строится на основе уравнений механики взаимодействующих взаимопроникающих континуумов в гидростатическом приближении. Турбулентное замыкание уравнений осуществляется с помощью двухпараметрической модели турбулентности, учитывающей влияние твердых частиц на поток. Численный метод основывается на алгоритме исключения неизвестных и использует явно-неявную аппроксимацию по времени. Приводится сравнение с экспериментом результатов расчетов нестационарного турбулентного течения воды с частицами, моделирующими льдины, в U-образном открытом канале, а также анализ влияния параметров дисперсной фазы на структуру потока. eng: A mathematical model and a computational method for a numerical investigation of the two-phase turbulent flow in an open channel are performed. The solid particles with a density close to that of water were considered as a dispersed phase. The model is based on the flow depth-averaged equations of mechanics of interacting and interpenetrating continuums in a hydrostatic approach. A turbulent closure of the model is implemented with the application of the k -е turbulence model modified by Pourahmadi and Humphrey (1983) to consider the influence of particles on the turbulent structure of the flow. The numerical method proposed for solving equations of the model is based on the elimination algorithm and explicit-implicit time approximation. An unsteady turbulent flow in a 180-degree bend flume with polypropylene particles modeling the ice was computed and the results were compared with those of Urroz and Ettema (1992). It was found that the mathematical model and the computational method proposed predict accurately both the velocity field and distribution of the particles in the channel. The influence of the dynamic parameters of dispersed phase on the turbulent structure of the flow was investigated by conducting the calculations of the flow in an open channel with a 90-degree bend. It was revealed that the structure of a two-phase flow is most affected by the size and shape of the particles. |
| Ключевые слова: | ice particles; k -е turbulence model; shallow water approximation; double-speed continuum; two-phase flow; mathematical modeling; метод конечного объема; ледяные частицы; k-е-модель турбулентности; приближение мелкой воды; Двухскоростной континуум; двухфазное течение; математическое моделирование; finite volume method; |
| Издано: | 2016 |
| Физ. характеристика: | с.88-103 |
| Цитирование: | 1. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч.1. Москва: Наука, 1987. 464 с. 2. Бубенчиков А.М., Старченко А.В. Численные модели динамики и горения аэродисперсных смесей в каналах. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1998. 236 с. 3. Чуруксаева В.В., Старченко А.В. Математическая модель и численный метод для расчета турбулентного течения в русле реки // Вестн. Том. гос. ун-та. Математика и механика. 2015. № 6(38). С. 100-114. DOI: 10.17223/19988621/38/12. 4. Роди В. Модели турбулентности окружающей среды // Методы расчета турбулентных течений. М.: Мир, 1984. С. 276-278. 5. Launder B.E., Spalding D.B. The numerical computation of turbulent flows // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 1974. V. 2. No. 3. P. 269-289. DOI: 10.1016/0045-7825(74)90029-2. 6. Gidaspov D. Multiphase Flow and Fluidization: Continuum and Kinetic Theory Descriptions. Boston: Academic Press, 1994. 457 p. 7. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. 8. van Leer B. Towards the Ultimate Conservative Difference Scheme, V. A Second Order Sequel to Godunov's Method // Journal of Computational Physics. 1979. No. 32. P. 101-136. DOI: 10.1016/0021-9991(79)90145-1. 9. Cada M., Torrilhon M. Compact third-order limiter functions for finite volume methods // J. Computational Physics. 2009. V. 228. P. 4118-4145. DOI: 10.1016/j.jcp.2009. 02.020. 10. Cea L., Puertas J., and Vazquez-Cendon M.E. Depth averaged modelling of turbulent shallow water flow with wet-dry fronts // Archives of computational methods in engineering. September 2007. V. 14. No. 3. P. 303-341. DOI: 10.1007/s11831-007-9009-3. 11. Hou J., Simons F., Mahgoub M., and Hinkelmann R. A robust well-balanced model on unstructured grids for shallow water flows with wetting and drying over complex topography // Computer methods in applied mechanics and engineering. 2013. No. 257. P. 126-149. DOI: 10.1016/j.cma.2013.01.015. 12. Urroz G.E., Ettema R. Bend ice jams: laboratory observations // Canadian Journal of Civil Engineering. 1992. V. 19. P. 855-864. DOI: 10.1139/192-097. 13. Tsai W.F., Ettema R. Ice cover influence on transverse bed slopes in a curved alluvial channel // J. Hydraulic Research. 1994. V. 32. No. 4. P. 561-581. DOI: 10.1080/00221686. 1994.9728355. 14. Han S.S., Ramamurthy A.S., and Biron P.M. Characteristics of Flow around Open Channel 90° Bends with Vanes // Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 2011. V. 137. No. 10. P. 668-676. DOI: 10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000337. |
