О решении задачи течения жидкости и теплообмена в плоском канале с обратным уступом


Цитировать

Полный текст

Аннотация

В работе рассмотрены устойчивые стационарные решения задачи гидродинамики и теплообмена в плоском канале с обратным уступом для экстремально больших чисел Рейнольдса и параметра расширения потока $ER$. Задача решена путем численного интегрирования двумерных уравнений Навье"--~Стокса в переменных «скорость-давление» и уравнения баланса тепла в диапазоне чисел Рейнольдса $500 \leqslant {\sf Re }\leqslant 3000$ и параметра расширения потока $1.43 \leqslant ER \leqslant 10$ для числа Прандтля ${\sf Pr} = 0.71$. Достоверность полученных результатов подтверждена их сравнением с литературными данными. Представлены подробные картины течения и перегрева потока, а также профили продольной компоненты скорости и перегрева в поперечном сечении канала. Проанализировано поведение коэффициентов трения, сопротивления и теплоотдачи (числа Нуссельта) по длине канала в зависимости от параметров задачи.

Об авторах

Александр Аркадьевич Фомин

Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева

Email: fomin_aa@mail.ru
кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник; отд. развития и международного сотрудничества Россия, 650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28

Любовь Николаевна Фомина

Кемеровский государственный университет

Email: lubafomina@mail.ru
кандидат физико-математических наук, доцент; доцент; каф. ЮНЕСКО по информационным вычислительным технологиям Россия, 650043, Кемерово, ул. Красная, 6

Список литературы

  1. Taylor T. D., Ndefo E. Computation of Viscous Flow in a Channel by the Method of Splitting, In: Proceedings of the Second International Conference on Numerical Methods in Fluid Dynamics, Lecture Notes in Physics, 8; ed. M. Holt. Berlin, Heidelberg, Springer, 1971, pp. 356-364. doi: 10.1007/3-540-05407-3_51.
  2. Erturk E. Numerical Solutions of 2-D Steady Incompressible Flow Over a Backward-Facing Step, Part I: High Reynolds Number Solutions, Computers & Fluids, 2008, vol. 37, no. 6, pp. 633-655. doi: 10.1016/j.compfluid.2007.09.003.
  3. Tihon J., Penkavova V., Havlica J., Šimcik M. The transitional backward-facing step flow in a water channel with variable expansion geometry, Exp. Therm. Fluid Sci., 2012, vol. 40, pp. 112-125. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2012.02.006.
  4. Valencia A., Hinojosa L. Numerical Solutions of Pulsating Flow and Heat Transfer Characteristics in a Channel with a Backward-Facing Step, Heat Mass Transfer, 1997, vol. 32, no. 3, pp. 143-148. doi: 10.1007/s002310050104.
  5. Erturk E. Discussions on Driven Cavity Flow, Int. J. Numer. Meth. Fl., 2009, vol. 60, no. 3, pp. 275-294. doi: 10.1002/fld.1887.
  6. Fomin A. A., Fomina L. N. Numerical simulation of viscous incompressible fluid in a short plane channel with backward-facing step, Matem. Mod., 2016, vol. 28, no. 5, pp. 32-46 (In Russian).
  7. Batenko S. R., Terekhov V. I. Friction and Heat Transfer in a Laminar Separated Flow behind a rectangular Step with porous injection or Suction, J. Appl. Mech. Tech. Phys., 2006, vol. 47, no. 1, pp. 12-21. doi: 10.1007/s10808-006-0002-7.
  8. Abu-Nada E., Al-Sarkhi A., Akash B., Al-Hinti I. Heat Transfer and Fluid Flow Characteristics of Separated Flows Encountered in a Backward-Facing Step under the Effect of Suction and Blowing, J. Heat Trans., 2007, vol. 129, no. 11, pp. 1517-1528. doi: 10.1115/1.2759973.
  9. Loitsyanskiy L. G. Mechanics of Liquids and Gases. New York, Begell House, 1995, 971 pp.
  10. Belotserkovskii O. M., Gushchin V. A., Shchennikov V. V. Use of the splitting method to solve problems of the dynamics of a viscous incompressible fluid, USSR Computational Mathematics and Mathematical Physics, 1975, vol. 15, no. 1, pp. 190-200. doi: 10.1016/0041-5553(75)90146-9.
  11. Patankar S. V. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. New York, Hemisphere Publ. Corp., 1980, 197 pp.
  12. Fomin A. A., Fomina L. N. Neiavnyi iteratsionnyi polineinyi rekurrentnyi metod resheniia raznostnykh ellipticheskikh uravnenii [The Implicit Iteration Line-by-Line Recurrence Method for Solving Difference Elliptical Equations]. Kemerovo, Kemerovo State Univ., 2012, 314 pp. (In Russian)
  13. Gartling D. K. A test problem for outflow boundary conditions-flow over a backwardfacing step, Int. J. Numer. Meth. Fl., 1990, vol. 11, no. 7, pp. 953-967. doi: 10.1002/fld.1650110704.
  14. Cruchaga M. A. A study of the backward-facing step problem using a generalized streamline formulation, Commun. Numer. Meth. En., 1998, vol. 14, no. 8, pp. 697-708. doi: 10.1002/(SICI)1099-0887(199808)14:8<697::AID-CNM155>3.0.CO;2-0.
  15. Teruel F. E., Fogliatto E. Numerical Simulations of Flow, Heat Transfer and Conjugate Heat Transfer in the Backward-Facing Step Geometry, Mecánica Computacional, 2013, vol. 32, no. 39 (Heat and Mass Transfer (C)), pp. 3265-3278, http://www.cimec.org.ar/ojs/index.php/mc/article/view/4551.
  16. Tsay Y.-L., Chang T. S., Cheng J. C. Heat transfer enhancement of backward-facing step flow in a channel by using baffle installation on the channel wall, Acta Mechanica, 2005, vol. 174, no. 1-2, pp. 63-76. doi: 10.1007/s00707-004-0147-5.
  17. Lewis R. W., Nithiarasu P., Seetharamu K. N. Fundamentals of the Finite Element Method for Heat and Fluid Flow. Chichester, John Wiley & Sons, Ltd., 2000, 341 pp. doi: 10.1002/0470014164.
  18. Kondoh T., Nagano Y., Tsuji T. Computational study of laminar heat transfer downstream of a backward-facing step, Int. J. Heat Mass Tran., 1993, vol. 36, no. 3, pp. 577-591. doi: 10.1016/0017-9310(93)80033-Q.
  19. Armaly B. F., Durst F., Pereira J. C. F., Schönung B. Experimental and theoretical investigation of backward-facing step flow, J. Fluid Mech., 1983, vol. 127, pp. 473-496. doi: 10.1017/S0022112083002839.
  20. Vlasova S. S., Prosviryakov E. Yu. Two-dimensional convection of an incompressible viscous fluid with the heat exchange on the free border, Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ. Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2016, vol. 20, no. 3, pp. 567-577. doi: 10.14498/vsgtu1483.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Самарский государственный технический университет, 2017

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).