ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Гидравлика. Инженерная гидрология. Гидротехническое строительство

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЛАМИНАРНОГО КОНТРВИХРЕВОГО ТЕЧЕНИЯ

  • Зуйков Андрей Львович - Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Суцепин Валентин Александрович - Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)
  • Жажа Елена Юрьевна - Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2018.3.400-412
Страницы: 400-412
Предмет исследования: работа посвящена исследованию ламинарного течения несжимаемой жидкости, в котором движущиеся в цилиндрической трубе спутные коаксиальные слои вращаются в противоположных направлениях. В литературе течение получило название контрвихревого. Цели: совершенствование теоретической модели контрвихревого ламинарного течения. В турбулентном диапазоне течение характеризуется интенсивным перемешиванием движущейся среды и гашением ее механической энергии. Оба свойства находят практическое применение: первое - в технологиях, включающих смешивание неоднородных и многофазных сред; второе - для гашения механической энергии потоков жидкостей или газов в высоконапорных гидротехнических водосбросах и для подавления шума авиадвигателей, гребных винтов. Теоретическое исследование ламинарных контрвихревых течений позволяет выявить общие физические закономерности их гидродинамики. Материалы и методы: в основу теоретической модели ламинарного контрвихревого течения положен метод разложения дифференциальных уравнений Навье-Стокса в ряды Фурье-Бесселя. Результаты: получены уточненная теоретическая модель ламинарного контрвихревого течения, основанная на снятии указанного допущения, и уточненные формулы расчета радиально-продольных распределений азимутальных и аксиальных скоростей в исследуемом течении в виде рядов или произведений рядов Фурье-Бесселя. Распределения азимутальных и аксиальных скоростей представлены графически в виде их профилей. Выводы: повышена точность аналитического расчета полей скоростей в контрвихревых течениях при малых числах Рейнольдса.
  • контрвихревое течение, ламинарное течение несжимаемой жидкости, уравнения Навье;
  • Стокса, ряды Фурье;
  • Бесселя, радиально-продольное распределение скоростей течения в цилиндрическом канале;
Литература
  1. Ахметов В.К., Волшаник В.В., Зуйков А.Л., Орехов Г.В. Моделирование и расчет контрвихревых течений / под ред. А.Л. Зуйкова. М. : Изд-во МГСУ, 2012. 252 с.
  2. Карелин В.Я., Кривченко Г.И., Мордасов А.П. и др. Физическое и математическое моделирование систем гашения энергии в вихревых водосбросах // Физическое и математическое моделирование гидравлических процессов при исследовании крупных гидроузлов комплексного назначения «МГ-89» : тез. науч.-техн. совещания в г. Дивногорск в 1989 г. Л. : Изд-во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 1989. С. 11-12.
  3. Кривченко Г.И., Квятковская Е.В., Мордасов А.П. и др. Высоконапорная водосбросная система с контрвихревым гасителем энергии потока воды // Гидротехническое строительство. 1981. № 10. С. 29-31.
  4. Белоусов А.С., Сажин Б.С., Лопаков А.В. и др. Модель гидродинамических течений в аппаратах с коаксиальными закрученными потоками // Успехи в химии и в химической технологии. 2011. Т. 25. № 10 (126). С. 110-113.
  5. Белоусов А.С., Сажин Б.С., Сажин В.Б и др. Гидродинамика течений плотной фазы в аппаратах с коаксиальными закрученными потоками // Успехи в химии и в химической технологии. 2011. Т. 26. № 1 (130). С. 131-134.
  6. Волшаник В.В., Орехов Г.В. Области применения взаимодействующих закрученных потоков жидкостей и газов // Вестник МГСУ. 2015. № 7. С. 87-104.
  7. Мордасов А.П., Орехов Г.В., Волшаник В.В. и др. Руководство по проектированию и конструкторская документация вихревых аэраторов на донных водовыпусках плотин. М. : МИСИ-МГСУ. 1992. 186 с.
  8. Сажин Б.С., Сажина М.Б., Апарушкина М.А. и др. Особенности гидродинамики и области применения вихревых аппаратов различных типов // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2013. № 1 (343). С. 135-138.
  9. Сажин Б.С., Сажина М.Б., Сажин В.Б. и др. Анализ гидродинамических особенностей вихревых аппаратов с целью уточнения области их рационального применения // Успехи в химии и в химической технологии. 2012. Т. 26. № 10 (130). С. 99-103.
  10. Чурин П.С. Исследование возможности использования энергетических водоводов высоконапорных гидроэлектростанций для сброса холостых расходов : дис. … канд. техн. наук. 2015. 159 с.
  11. Волшаник В.В., Зуйков А.Л., Мордасов В.В. Закрученные потоки в гидротехнических сооружениях. М. : Энергоатомиздат, 1990. 280 с.
  12. Акт технического расследования причин аварии, произошедшей 17 августа 2009 года в филиале Открытого Акционерного Общества «РусГидро» «Саяно-Шушенская ГЭС» имени П.С. Непорожнего. М., 2009. 141 с.
  13. Chao Y.C. Recirculation Structure of the Co-annular Swirling Jets in a Combustor // AIAA Journal. 1988. Vol. 26. No. 5. Pp. 623-625.
  14. Churin Р., Kapustin S., Orehov G., Poddaeva O. Experimental Studies Counter Vortex Flow Modeling // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 756. Pp. 331-335.
  15. Mattingly J.D., Oates G.S. An investigation of the mixing of co-annular swirling flows // AIAA Paper. 1985. No. 0186.
  16. Vu B.T., Gouldin F.C. Flow measurements in a model swirl combustor // AIAA Journal. 1982. Vol. 20. No. 5. Pp. 642-651.
  17. Chen Y.S. A numerical methods for three-dimensional incompressible flow using nonorthogonal body-fitter coordinate systems // AIAA paper. 1986. No. 86-1654. 9 р.
  18. Nan Gui. Numerical study of vortex evolution and correlation between twin swirling flows // Advanced Materials Research. 2012. Vol. 516-517. Pp. 976-979.
  19. Зуйков А.Л. Профили тангенциальных скоростей в циркуляционном течении в трубе // Вестник МГСУ. 2009. № 3. С. 195-199.
  20. Зуйков А.Л. Распределение продольных скоростей в циркуляционном течении в трубе // Вестник МГСУ. 2009. № 3. С. 200-204.
  21. Зуйков А.Л. Структура вязкого циркуляционно-продольного течения в цилиндрическом канале // International Journal of Computational Civil and Structural Engineering. 2012. Т. 8. № 2. С. 82-96.
  22. Зуйков А.Л. Уточненные азимутальные скорости в течении за локальным завихрителем // Вестник МГСУ. 2012. № 1. С. 51-56.
  23. Зуйков А.Л., Орехов Г.В., Волшаник В.В. Распределение азимутальных скоростей в ламинарном контрвихревом течении // Вестник МГСУ. 2013. № 5. С. 150-161.
  24. Зуйков А.Л. Распределение продольных скоростей в ламинарном течении с противоположно вращающимися коаксиальными слоями // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12. Вып. 9 (108). С. 1027-1038.
  25. Зуйков А.Л. Гидравлика: в 2 т. Т. 1: Основы механики жидкости. М. : Изд-во МИСИ-МГСУ, 2014. 518 с.
  26. Batchelor G.K. Axial flow in trailing line vortices // Journal of Fluid Mechanics. 1964. Vol. 20. No. 4. Рp. 645-658.
  27. Пилипенко О.В. Вращательно-поступательное движение вязкой несжимаемой жидкости с образованием кавитационной полости // Гидрогазодинамика технических систем. Киев : Наукова думка, 1985. С. 46-55.
  28. Тимошенко В.И., Павловский В.П. К расчету закрученного движения вязкой жидкости во входном участке цилиндрической трубы // Гидрогазодинамика технических систем. Киев : Наукова думка, 1985. С. 66-70.
  29. Korn G.A., Korn T.M. Mathematical handbook for scientists and engineers : definitions, theorems and formulas for reference and review. Publisher Dover Publications, 2000. 1151 p.
  30. Тарг С.М. Основные задачи теории ламинарных течений. М. ; Л. : Гостехтеориздат, 1951. 420 с.
  31. Зуйков А.Л. Гидродинамика циркуляционных течений. М. : Изд-во АСВ, 2010. 216 с.
СКАЧАТЬ (RUS)