Υπολογιστικός προσδιορισμός της κρίσιμης τιμής του αριθμού Reynolds και της θέσης μετάβασης από στρωτή σε τυρβώδη ροή στο εσωτερικό αγωγών σχήματος U
Loading...
Date
Authors
Αμαντίδης, Χαράλαμπος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε η υπολογιστική διερεύνηση για τη μετάβαση από την στρωτή στην τυρβώδη ροή εντός καμπύλου αγωγού σχήματος U. Στόχος είναι ο υπολογισμός τόσο της τιμής του κρίσιμου αριθμού Re, που διαφέρει από έναν ευθύγραμμο αγωγό, όσο και η διαφοροποίηση αυτής της κρίσιμης τιμής με βάση τη θέση μέσα στον αγωγό. Επιπλέον, απαραίτητη για την εκπλήρωση αυτού του στόχου κρίνεται και η κατανόηση των πολύπλοκων ροϊκών φαινομένων και χαρακτηριστικών σε έναν καμπύλο αγωγό που διαφέρουν σε σχέση με έναν ευθύγραμμο αλλά και ο ρόλος που παίζει η καμπυλότητα του αγωγού.
Η διερεύνηση έγινε για τρεις διαφορετικές γεωμετρίες καμπύλων αγωγών σχήματος U, με λόγους καμπυλότητας γ = 0.1 , γ = 0.05 και γ = 0.025. Η υπολογιστική μοντελοποίηση έγινε με το ANSYS Fluent, χρησιμοποιώντας τρεις διαφορετικές ρυθμίσεις μοντελοποίησης για την κάθε γεωμετρία. Μία που αφορά στρωτή ροή , μία που αφορά μεταβατική ροή και μία για τυρβώδη ροή.
Η μελέτη βασίστηκε σε τέσσερα διαφορετικά κριτήρια για τέσσερα μεγέθη που δείχνουν αν βρισκόμαστε στην στρωτή ή την τυρβώδη περιοχή. Τα μεγέθη αυτά είναι: 1) dp/dθ η αξονική βαθμίδα της πίεσης στη διεύθυνση του αγωγού, 2) το ιξώδες της τύρβης μ_t, 3) η διατμητική τάση τοιχώματος τ_w, 4) το Intermittency , μέγεθος που μας δείχνει την πιθανότητα ένα σημείο ρευστού να βρίσκεται εντός στρωτής ή τυρβώδους ροής.
Με βάση τα αποτελέσματα της διερεύνησης η καμπυλότητα του αγωγού έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της τιμής του 〖Re〗_crit. Επιπλέον, η μετάβαση δεν γίνεται ακαριαία όπως στον ευθύγραμμο αγωγό αλλά μέσα σε ένα εύρος τιμών Re , το οποίο μάλιστα διευρύνεται όσο αυξάνει και ο λόγος καμπυλότητας.
Η μετάβαση στην τυρβώδη ροή επέρχεται νωρίτερα στο εξωτερικό μέρος του αγωγού , καθώς εκεί οδηγούνται τα μόρια του ρευστού με υψηλότερη ταχύτητα εξαιτίας των φυγόκεντρων δυνάμεων.
Η εμφάνιση δευτερογενούς ροής και ο σχηματισμός των κελιών του Dean συμβαίνει τόσο στην στρωτή όσο και την τυρβώδη ροή και οφείλεται στις φυγόκεντρες δυνάμεις που ασκούνται στα μόρια του ρευστού λόγω καμπυλότητας.
Description
Keywords
Κρίσιμος αριθμός Reynolds, Καμπύλοι αγωγοί