Моделирование тороидального вихря в среде ANSYS

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделирование тороидального вихря в среде ANSYS

Сомпольцева А.А., аспирант

старший преподаватель кафедры «Кораблестроение»

САФУ, ИСМАРТ Россия, г. Северодвинск Лебедева Е.Г.,

к.т.н., доцент, кафедры «Кораблестроение»

САФУ, ИСМАРТ Россия, г. Северодвинск

Аннотация

Ansys Workbench- является одной из основных оболочек программного инженерного комплекса ANSYS. Моделирование и определение гидродинамических и технических параметров потока жидкости в трубопроводе.

Ключевые слова: ANSYS, интенсификации промывки, судовые системы, тороидальный вихрь.

MODELLING OF THE TOROIDAL VORTEX IN THE ANSYS

Ansys Workbench is one of the main shells of ANSYS software engineering complex. Modeling and determination of hydrodynamic and technical parameters offluid flow in the pipeline.

Keywords: ANSYS, flushing intensification, ship systems, toroidal vortex.

Ansys Workbench - является одной из основных оболочек программного инженерного комплекса ANSYS. Инструментарий выбора задач Toolbox оболочки Workbench решает следующие задачи:

1) Статистический анализ на прочность твердотельных конструкций Static Structural;

2) Динамический анализ на прочность твердотельных конструкций Transient Structural;

3) Steady State Thermal для решения стационарных задач распределения поля температуры;

4) Transient Thermal для решения динамических задач распределения поля температуры;

5) Fluid Flow (Fluent) решатель произвольных гидродинамических

задач;

6) Electric решатель электродинамических задач.

Целью данного гидродинамического исследования является создание в среде Fluid Flow (Fluent) торроидального осевого вихря. Для этого создадим в среде Ansys две твердотельные модели круглой трубы Ду100 достаточной длины с внутренними диафрагмами с острыми кромками разного диаметра d40 и d20. Скорость входного потока зададим равной 2м/с, в качестве жидкой среды применим воду плотностью 1000 кг/м3 и кинематической вязкостью 1х10-6 м2/с при 20 градусах Цельсия. В качестве второго внешнего условия принимаем на выходе из трубы атмосферное давление 101,3 кПа.

В результате математического моделирования в среде анализа Ansys был создан торроидальный осевой вихрь. Который явно наблюдается в областях, расположенных сразу за диафрагмой (рис. 2 и 3). В этой области происходит образование тороидального вихря, продуцируемого диафрагмой, движущегося далее в осевом направлении. При этом скорость частиц жидкости в области непосредственно за диафрагмой направлены частично в обратную сторону, противоположную основному направлению движения потока, а скорость центральных слоев потока приближенных к оси резко возрастает (рис. 2 и 3, красно-оранжевая палитра).

Рисунок 1. Размеры твердотельной модели трубопровода с диафрагмой

Рисунок 2. Математическое моделирование торроидального вихря в трубе Ду100 с диафрагмой 640

Рисунок 3. Математическое моделирование торроидального вихря в трубе Ду100 с диафрагмой 620

моделирование тороидальный вихрь ansys

Причем в пристеночной области возникает противоток жидкости со скоростями соизмеримыми со скоростями вблизи оси трубы (на рис. 2 выделено прямоугольником). Заметно, что при создании торроидального вихря во втором случае (рис.3, выделено овалом) значительного противотока жидкости в пристеночной области не выявлено, а максимальный противоток наблюдается в области, выделенной кругом. Можно сделать вывод о зависимости размеров торроидного вихря от проходного диаметра диафрагмы. Расположение центра вращения торроидального вихря очевидно также будет зависеть от внутреннего диаметра диафрагмы, что следует из анализа рисунков 2 и 3 (выделено квадратом).

Рисунок 4. Математическое моделирование торроидального вихря в протяженной трубе (Ду100) за диафрагмой (скорость - продольное сечение (0, 0.5,1м.)

Объектом исследования является также протяженность существования торроидального вихря и периодичность процесса, выравнивание эпюры скорости и давления в области за диафрагмой. При заданной скорости 2 м/с после диафрагмы сохраняется неустановившееся движение жидкости на длине до 50 условных диаметров в обоих случаях. В области, лежащей за данной отметкой, характер движения жидкости приближается к характеру движения жидкости в областях до установки диафрагмы с выравниванием эпюры скорости и давления (Рис 4).

Для дальнейшего исследования интересен механизм захвата частиц загрязнений оседающих на стенках трубопроводов и дальнейшего их переноса в ядро потока с применением торроидального вихря.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М. О. Штейнберга. -- 3-е изд., перераб. и доп. -- М.: Машиностроение, 1992. -- 672 с.

2. Макунин А.В. Моделирование внутренних задач гидродинамики на основе/ - модели турбулентности / Магистерская диссертация. - Санкт-Петербург, 2016. - 60 с.

3. Белов И.А., Исаев С.А. Моделирование турбулентных течений / учебное пособие - СПб.: Балт. гос. техн. ун-т, 2001. -108 с.

4. Денисенко В.В. Прямое численное моделирование вихрей в потоках нормальной идеальной среды [Электронный ресурс]

Размещено на Allbest.ru