Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Задача настоящего исследования: численное моделирование закрученных потоков при сливе жидкости из емкости и перекачке по трубопроводу. Потоки жидкостей и газов в различных устройствах часто являются вихревыми по естественным причинам, искусственная закрутка используется для интенсификации некоторых технологических процессов [1]. Трансформация закрученного потока в систему закрученных потоков улучшает гидродинамические характеристики потока [2].
Физическая модель, которая использовалась для моделирования процесса слива жидкости из цилиндрической емкости диаметром 1000 мм, высотой 1000 мм, диаметр сливного патрубка 200 мм представлена на рис. 1. Процесс слива жидкости из емкости моделировался при условиях атмосферного давления на свободной поверхности жидкости и избыточного до 2 атм. Направление силы тяжести совмещалось с осью Y декартовой системы координат.
В качестве жидкости для моделирования процесса слива использовалась вода. При моделировании процесса слива жидкости из емкости в качестве граничных условий принимали:
Расчеты проводились на адаптивной сетке с выделением подобластей, имеющих особенности геометрии или течения, в которых необходимо провести расчет на более мелкой, чем исходная сетка.
Для математического моделирования течения жидкости использовался программный пакет FlowWorks компании SolidWorksCorp [3], включающий различные математические модели потоков: нестационарные одно-, двух- или трехмерные уравнения Навье — Стокса. В расчетах использована модель турбулентности Ментера [4].
Основной задачей моделирования было определение поля скоростей во всей исследуемой области, представленное на рис. 2. Проводился сравнительный анализ этих полей для свободного истечения жидкости через сливной патрубок, при наличии завихрителя на входе в сливной патрубок, а также при наличии завихрителя и разделителя.
Используя полученные при моделировании поля скоростей, были построены графики проекций скоростей на ось Y потока жидкости при сливе из емкости, объемного расхода жидкости и перепада давления в зависимости от давления на свободной поверхности жидкости и структуры потока.
Результаты расчетов, представленные на рис. 3–5, показывают, что скорость течения жидкости и объемный расход увеличиваются с изменением структуры потока. При прямом потоке они наименьше, а при трансформированном наиболее высоки. Перепад давлений в трансформированном потоке меньше, чем в прямом или закрученном.
Расчеты подтверждают полученные ранее экспериментальные результаты, согласно которым, время опорожнения емкости с водой которая закручивается естественным образом, сокращается на 9...12 %. Гидродинамический шум трансформированного потока существенно ниже, чем потока, закрученного естественным образом или с помощью завихрителя.
Многовихревой поток, состоящий из основных потоков и порождаемых ими вихрей-сателлитов, отличающийся высокой устойчивостью, более низким, чем у набегающего потока гидравлическим сопротивлением, меньшим аэродинамическим шумом, что обусловлено взаимодействием вихрей внутри многовихревого потока [2].
