Отправить статью по E-mail О решении задачи течения жидкости и теплообмена в плоском канале с обратным уступом
- Авторы: Фомин А.А.1, Фомина Л.Н.2
-
Учреждения:
- Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева
- Кемеровский государственный университет
- Выпуск: Том 21, № 2 (2017)
- Страницы: 362-375
- Раздел: Статьи
- URL: https://journal-vniispk.ru/1991-8615/article/view/20549
- DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1545
- ID: 20549
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.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб 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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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).
- 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.
- 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.
- Loitsyanskiy L. G. Mechanics of Liquids and Gases. New York, Begell House, 1995, 971 pp.
- 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.
- Patankar S. V. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. New York, Hemisphere Publ. Corp., 1980, 197 pp.
- 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)
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
