Пример 1. Течение в u-образном колене

Проведем сравнение различных распространенных моделей турбулентности на примере расчета сильнозакрученного течения в U-образном колене. Геометрия расчетной области представлена на рис. 7.7.

Рис. 7.7 Геометрические размеры U-образного колена

Исследования проведем для однопараметрической МТ Спаларта-Аллмараса (Spalart-Allmaras), двухпараметрических МТ стандартной k- (Standard k-) и RNG k- и модели Рейнольдсовых напряжений RSM. Верификацию моделей турбулентности будем проводить по экспериментам Monson et al. (1990).

Зависимость безразмерной расходной составляющей скорости от безразмерной координаты при различных значениях угла  для разных моделей турбулентности и сравнение с результатами эксперимента представлены на рис. 7.8.

На рис. 7.9 представлено сравнение контуров функции тока для разных моделей турбулентности.

На рис. 7.10 представлены графики зависимость безразмерного давления вдоль внутренней и внешней стенки канала для разных моделей турбулентности и сравнение с результатами эксперимента.

Из всего выше приведенного можно сделать вывод о том, что:

• Spalart-Allmaras модель несколько преувеличивает отрыв;

• Standard k- не способна предсказать отрыв;

• RNG k- предсказывает отрыв, однако существенно меньших масштабов;

• Только RSM модель корректно учитывает влияние кривизны линий тока (в ней не используется предположение и локальной изотропности - u’=v’=w’).

Рис. 7.8 Зависимость безразмерной расходной составляющей скорости от безразмерной координаты при различных значениях угла  для разных моделей турбулентности и сравнение с результатами эксперимента

Рис. 7.9 Сравнение контуров функции тока для разных моделей турбулентности

Рис. 7.10 Графики зависимость безразмерного давления вдоль внутренней и внешней стенки канала для разных моделей турбулентности и сравнение с результатами эксперимента

Пример 2. Теплообмен при обтекании тупоконечной пластины

Проведем моделирование теплообмена при обтекании тупоконечной пластины турбулентным потоком. Геометрия расчетной области и заданные граничные условия представлены на рис. 7.11. Контуры функций тока для 2-х МТ представлены на рис. 7.12.

Рис. 7.11 Геометрия расчетной области и заданные граничные условия

Рис. 7.12 Контуры функций тока при обтекании «тупой» пластины при расчете со стандартной (St k- ) и RNG k- МТ

На рис. 7.13 представлено распределение коэффициента трения по длине пластины. Из анализа представленных данных видно, что наиболее точно экспериментальные данные описывает RSM МТ. В эксперименте точка присоединения наблюдалась при x/d=4,7. Расчет с данной МТ дает аналогичный результат. RNG k- МТ немного уменьшает зону отрыва, однако делая его более интенсивным.

Стандартная k- МТ практически игнорирует зону отрыва. Для анализа этой осрбенности проведем сравнение изолиний генерации кинетической энергии турбулентности, представленных на рис. 7.14.

Из рис. 7.14 видно, что стандартная k- МТ существенно завышает генерацию КЭТ, значительно повышая турбулентную вязкость в решении и уменьшая таким образом отрывную зону.

Рис. 7.13 Распределение коэффициента трения по длине пластины

Рис. 7.14 Сравнение изолиний генерации кинетической энергии турбулентности