Numerical modeling of turbulent flow in a rotating steeply curved U-shaped channel when the direction of the channel and the geometry of the inner wall are rotated

Тема выпускной квалификационной работы: «Численное моделирование турбулентного течения во вращающемся крутоизогнутом U-образном канале при варьировании ориентации канала и геометрии внутренней стенки». Данная работа посвящена численному исследованию течения во вращающемся U-образном канале с оптимизированной формой внутренней стенки при различной ориентации плоскости искривления канала относительно оси вращения. На Ð²Ñ Ð¾Ð´Ð½Ð¾Ð¼ и Ð²Ñ‹Ñ Ð¾Ð´Ð½Ð¾Ð¼ ÑƒÑ‡Ð°ÑÑ‚ÐºÐ°Ñ ÑÐµÑ‡ÐµÐ½Ð¸Ðµ канала квадратное. Отдельные расчеты сопоставительной направленности проводились также для случая канала с прямолинейной («стандартной») внутренней стенкой. Задачи, которые решались в Ñ Ð¾Ð´Ðµ исследования: Выполнение Ð²ÐµÑ€Ð¸Ñ„Ð¸ÐºÐ°Ñ†Ð¸Ð¾Ð½Ð½Ñ‹Ñ Ð¸ Ð¼ÐµÑ‚Ð¾Ð´Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ Ñ€Ð°ÑÑ‡ÐµÑ‚Ð¾Ð², включая: исследование сеточной чувствительности, расчеты ÑÑ‚Ð°Ñ†Ð¸Ð¾Ð½Ð°Ñ€Ð½Ñ‹Ñ Ð¿Ð¾Ð»ÐµÐ¹ течения в неподвижном канале при Ñ€Ð°Ð·Ð»Ð¸Ñ‡Ð½Ñ‹Ñ Ð·Ð½Ð°Ñ‡ÐµÐ½Ð¸ÑÑ Ñ‡Ð¸ÑÐ»Ð° Рейнольдса, сопоставление с литературными данными. Выполнение Ð¿Ð°Ñ€Ð°Ð¼ÐµÑ‚Ñ€Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ Ñ€Ð°ÑÑ‡ÐµÑ‚Ð¾Ð² Ñ‚Ñ€ÐµÑ Ð¼ÐµÑ€Ð½Ð¾Ð³Ð¾ турбулентного течения во вращающемся U-образном канале при варьировании ориентации канала и интенсивности вращения. Анализ влияния Ð²Ð°Ñ€ÑŒÐ¸Ñ€ÑƒÐµÐ¼Ñ‹Ñ Ð¿Ð°Ñ€Ð°Ð¼ÐµÑ‚Ñ€Ð¾Ð² на структуру течения в канале и уровень Ð³Ð¸Ð´Ñ€Ð°Ð²Ð»Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ Ð¿Ð¾Ñ‚ÐµÑ€ÑŒ. 1. Численное моделирование проводилось с применением программного обеспечения ANSYSFLUENTна основе RANS Ð¿Ð¾Ð´Ñ Ð¾Ð´Ð° и Ð´Ð²ÑƒÑ Ð¿Ð°Ñ€Ð°Ð¼ÐµÑ‚Ñ€Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¾Ð¹ модели турбулентности. В работе представлены поля скорости в срединном сечении канала, параллельном торцевым стенкам, и в Ð½ÐµÑÐºÐ¾Ð»ÑŒÐºÐ¸Ñ Ð¿Ð¾Ð¿ÐµÑ€ÐµÑ‡Ð½Ñ‹Ñ ÑÐµÑ‡ÐµÐ½Ð¸ÑÑ ÐºÐ°Ð½Ð°Ð»Ð°. Дается анализ влияния ориентации канала и параметра вращения на общую структуру моделируемого Ð²Ð¸Ñ Ñ€ÐµÐ²Ð¾Ð³Ð¾ течения. Для каждого набора параметров рассчитаны значения коэффициента потерь полного давления. Результаты сопоставлены со значениями коэффициента потерь, полученными для канала с прямолинейной внутренней стенкой. Установлено, что в большинстве Ñ€Ð°ÑÑÐ¼Ð¾Ñ‚Ñ€ÐµÐ½Ð½Ñ‹Ñ ÑÐ»ÑƒÑ‡Ð°ÐµÐ² потери в канале с оптимизированной стенкой значительно ниже (от полутора до Ð´Ð²ÑƒÑ Ñ€Ð°Ð·), чем в канале со стандартной внутренней стенкой. Тема выпускной квалификационной работы: «Численное моделирование турбулентного течения во вращающемся крутоизогнутом U-образном канале при варьировании ориентации канала и геометрии внутренней стенки». Данная работа посвящена численному исследованию течения во вращающемся U-образном канале с оптимизированной формой внутренней стенки при различной ориентации плоскости искривления канала относительно оси вращения. На Ð²Ñ Ð¾Ð´Ð½Ð¾Ð¼ и Ð²Ñ‹Ñ Ð¾Ð´Ð½Ð¾Ð¼ ÑƒÑ‡Ð°ÑÑ‚ÐºÐ°Ñ ÑÐµÑ‡ÐµÐ½Ð¸Ðµ канала квадратное. Отдельные расчеты сопоставительной направленности проводились также для случая канала с прямолинейной («стандартной») внутренней стенкой. Задачи, которые решались в Ñ Ð¾Ð´Ðµ исследования: 1. Выполнение Ð²ÐµÑ€Ð¸Ñ„Ð¸ÐºÐ°Ñ†Ð¸Ð¾Ð½Ð½Ñ‹Ñ Ð¸ Ð¼ÐµÑ‚Ð¾Ð´Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ Ñ€Ð°ÑÑ‡ÐµÑ‚Ð¾Ð², включая: исследование сеточной чувствительности, расчеты ÑÑ‚Ð°Ñ†Ð¸Ð¾Ð½Ð°Ñ€Ð½Ñ‹Ñ Ð¿Ð¾Ð»ÐµÐ¹ течения в неподвижном канале при Ñ€Ð°Ð·Ð»Ð¸Ñ‡Ð½Ñ‹Ñ Ð·Ð½Ð°Ñ‡ÐµÐ½Ð¸ÑÑ Ñ‡Ð¸ÑÐ»Ð° Рейнольдса, сопоставление с литературными данными. 2. Выполнение Ð¿Ð°Ñ€Ð°Ð¼ÐµÑ‚Ñ€Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ Ñ€Ð°ÑÑ‡ÐµÑ‚Ð¾Ð² Ñ‚Ñ€ÐµÑ Ð¼ÐµÑ€Ð½Ð¾Ð³Ð¾ турбулентного течения во вращающемся U-образном канале при варьировании ориентации канала и интенсивности вращения. 3. Анализ влияния Ð²Ð°Ñ€ÑŒÐ¸Ñ€ÑƒÐµÐ¼Ñ‹Ñ Ð¿Ð°Ñ€Ð°Ð¼ÐµÑ‚Ñ€Ð¾Ð² на структуру течения в канале и уровень Ð³Ð¸Ð´Ñ€Ð°Ð²Ð»Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¸Ñ Ð¿Ð¾Ñ‚ÐµÑ€ÑŒ. Численное моделирование проводилось с применением программного обеспечения ANSYSFLUENTна основе RANS Ð¿Ð¾Ð´Ñ Ð¾Ð´Ð° и Ð´Ð²ÑƒÑ Ð¿Ð°Ñ€Ð°Ð¼ÐµÑ‚Ñ€Ð¸Ñ‡ÐµÑÐºÐ¾Ð¹ модели турбулентности. В работе представлены поля скорости в срединном сечении канала, параллельном торцевым стенкам, и в Ð½ÐµÑÐºÐ¾Ð»ÑŒÐºÐ¸Ñ Ð¿Ð¾Ð¿ÐµÑ€ÐµÑ‡Ð½Ñ‹Ñ ÑÐµÑ‡ÐµÐ½Ð¸ÑÑ ÐºÐ°Ð½Ð°Ð»Ð°. Дается анализ влияния ориентации канала и параметра вращения на общую структуру моделируемого Ð²Ð¸Ñ Ñ€ÐµÐ²Ð¾Ð³Ð¾ течения. Для каждого набора параметров рассчитаны значения коэффициента потерь полного давления. Результаты сопоставлены со значениями коэффициента потерь, полученными для канала с прямолинейной внутренней стенкой. Установлено, что в большинстве Ñ€Ð°ÑÑÐ¼Ð¾Ñ‚Ñ€ÐµÐ½Ð½Ñ‹Ñ ÑÐ»ÑƒÑ‡Ð°ÐµÐ² потери в канале с оптимизированной стенкой значительно ниже (от полутора до Ð´Ð²ÑƒÑ Ñ€Ð°Ð·), чем в канале со стандартной внутренней стенкой.
Topic of the graduation thesis: "Numerical modeling of turbulent flow in a rotating steeply curved U-shaped channel when the direction of the channel and the geometry of the inner wall are rotated". This work is devoted to a numerical study of the flow in a rotating U-shaped channel with an optimized shape of the inner wall for different orientations of the channel curvature plane relative to the rotation axis. The cross section of the channel is square at the inlet and outlet sections. Separate calculations of the comparative directivity were also carried out for the case of a channel with a rectilinear ("standard") inner wall. Tasks that were solved in the course of the study: Performing verification and methodological calculations, including: the study of grid  sensitivity, calculations of stationary flow fields in a fixed channel at various values ​​of the Reynolds number, comparison with literature data. Performing parametric calculations of three-dimensional turbulent flow in a rotating U-shaped channel with varying channel orientation and rotation intensity. Analysis of the effect of variable parameters on the flow structure in the channel and the level of hydraulic losses. Numerical simulation was carried out using the ANSYS FLUENT software based on the RANS approach and a two-parameter turbulence model. The paper presents the velocity fields in the middle section of the channel, parallel to the end walls, and in several cross sections of the channel. An analysis is given of the influence of the channel orientation and the rotation parameter on the general structure of the simulated vortexflow. For each set of parameters, the values ​​of the total pressure loss coefficient are calculated. The results are compared with the values ​​of the loss factor obtained for a channel with a rectilinear inner wall. It has beenestablished that in most of the cases considered, the losses in a channel with an optimized wall are significantly lower (from one and a half to two times) than in a channel with a standard inner wall. Topic of the graduation thesis: "Numerical modeling of turbulent flow in a rotating steeply curved U-shaped channel when the direction of the channel and the geometry of the inner wall are rotated". This work is devoted to a numerical study of the flow in a rotating U-shaped channel with an optimized shape of the inner wall for different orientations of the channel curvature plane relative to the rotation axis. The cross section of the channel is square at the inlet and outlet sections. Separate calculations of the comparative directivity were also carried out for the case of a channel with a rectilinear ("standard") inner wall. Tasks that were solved in the course of the study: 1. Performing verification and methodological calculations, including: the study of grid  sensitivity, calculations of stationary flow fields in a fixed channel at various values ​​of the Reynolds number, comparison with literature data. 2. Performing parametric calculations of three-dimensional turbulent flow in a rotating U-shaped channel with varying channel orientation and rotation intensity. 3. Analysis of the effect of variable parameters on the flow structure in the channel and the level of hydraulic losses. Numerical simulation was carried out using the ANSYS FLUENT software based on the RANS approach and a two-parameter turbulence model. The paper presents the velocity fields in the middle section of the channel, parallel to the end walls, and in several cross sections of the channel. An analysis is given of the influence of the channel orientation and the rotation parameter on the general structure of the simulated vortex flow. For each set of parameters, the values ​​of the total pressure loss coefficient are calculated. The results are compared with the values ​​of the loss factor obtained for a channel with a rectilinear inner wall. It has been established that in most of the cases considered, the losses in a channel with an optimized wall are significantly lower (from one and a half to two times) than in a channel with a standard inner wall.