Трехмерный поток вязкой несжимаемой жидкости в цилиндрическом канале с двумя диафрагмами

1Вовк, ИВ
Троценко, ЯП
1Институт гидромеханики НАН Украины, Киев
Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2019, 7:17-25
https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.07.017
Раздел: Механика
Язык: Украинский
Аннотация: 

Исследовано трехмерное течение вязкой несжимаемой жидкости в цилиндрическом канале с двумя последовательными диафрагмами (сужениями) на основе численного решения нестационарных уравнений Навье–Стокса. Алгоритм решения базируется на методе конечных объёмов с использованием разностных схем второго порядка точности по пространству и времени. Для интерполяции конвективных членов используется TVD форма центрально-разностной схемы с ограничителем потока. Связанный расчет полей скорости и давления проводится с помощью процедуры PISO.
   Показано, что в некотором диапазоне чисел Рейнольдса течение жидкости в области между диафрагмами нестационарное и характеризуется наличием неустойчивого сдвигового слоя, образованного пограничным слоем, который срывается с поверхности первой диафрагмы. В полости между диафрагмами устанавливается циркуляционное движение среды, которое можно интерпретировать как гидродинамический канал обратной связи, что создает условия для возникновения автоколебаний в системе. В сдвиговом слое образуется последовательный ряд кольцевых вихрей, которые вызывают автоколебания полей скорости и давления в окрестности отверстия второй диафрагмы, а также колебания давления во всем объёме среды между диафрагмами. Эти автоколебания могут быть источником звука в канале.
   Проведено сравнение полученных результатов с моделью осесимметричного потока в цилиндрическом канале с двумя диафрагмами. Структура трехмерного потока обладает азимутальной асимметрией, что существенно влияет на локальные особенности течения. Наблюдается асимметрия циркуляционного движения среды в полости между диафрагмами и кольцевых вихрей в сдвиговом слое. Однако периоды колебаний полей скорости и давления совпадают с периодами в модели осесимметричного потока. То есть, асимметрия течения практически не сказывается на ее интегральных характеристиках.

Ключевые слова: автоколебания, вихревые структуры, канал с диафрагмами, прямое численное моделирование, трехмерный поток