ТУРБУЛЕНТНЫЕ ПУЛЬСИРУЮЩИЕ ТЕЧЕНИЯ В ТРУБЕ КВАДРАТНОГО СЕЧЕНИЯ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Численно исследуются турбулентные пульсирующие течения в трубе квадратного сечения. Рассматривается режим доминирования потока, когда расход жидкости остается положительным во всех фазах осцилляционного цикла. Изучены течения при нескольких значениях частоты осцилляций. Результаты сопоставляются с ламинарными осциллирующими течениями и турбулентным стационарным течением в квадратной трубе, а также пульсирующими турбулентными течениями в круглой трубе. Определены интегральные и пульсационные характеристики турбулентности, их зависимость от частоты осцилляций. Обнаружено, в частности, что при рассмотренном числе Рейнольдса Re = 2200 коэффициент сопротивления в пульсирующих течениях оказывается ниже, чем в стационарном. Снижение сопротивления увеличивается с ростом периода осцилляций, достигая величины в 14.7%. Характерной особенностью турбулентных течений в трубах прямоугольного сечения является возникновение вторичных течений Прандтля 2-го рода. В работе подробно изучены детали вторичных течений в условиях пульсирующего потока.

Об авторах

Н. В. Никитин

МГУ имени М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт механики

Email: nvnikitin@mail.ru
Россия, Москва

Н. В. Попеленская

МГУ имени М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт механики

Автор, ответственный за переписку.
Email: aero.natap@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Brereton G.J., Mankbadi R.R. Review of recent advances in the study of unsteady turbulent internal flows // Appl. Mech. Rev. 1995. V. 48. № 4. P. 189–212.
  2. Carpinlioglu M.O., Gundogdu M.Y. A critical review on pulsatile pipe flow studies directing towards future research topics // Flow Meas. Instrum. 2001. V. 12. P. 163–174.
  3. Manna M., Vacca A., Verzicco R. Pulsating pipe flow with large-amplitude oscillations in the very high frequency regime. Part 1. Time-averaged analysis // J. Fluid Mech. 2012. V. 700. P. 246–282.
  4. Papadopoulos P.K., Vouros A.P. Pulsating turbulent pipe flow in the current dominated regime at high and very-high frequencies // Int. J. Heat Fluid Flow. 2016. V. 58. P. 54–67.
  5. Stokes G.G. On the effect of the internal friction of fluids on the motion of pendulums // Cambridge Philos. Soc. 1850. V. 9. P. 1–86.
  6. Ramaprian B.R., Tu S.W. Fully developed periodic turbulent pipe flow. Part 2. The detailed structure of the flow // J. Fluid Mech. 1983. V. 137. P. 59–81.
  7. Tardu S.F., Binder G. Wall shear stress modulation in unsteady turbulent channel flow with high imposed frequencies // Phys. Fluids. 1993. V. 5. P. 2028–2034.
  8. Никитин Н.В., Попеленская Н.В., Stroh A. Вторичные течения Прандтля 2-го рода. Проблемы описания, предсказания, моделирования // Изв. РАН. МЖГ. 2021. № 4. С. 73–99.
  9. Gavrilakis S. Numerical simulation of low-Reynolds-number turbulent flow through a straight square duct // J. Fluid Mech. 1992. V. 244. P. 101–129.
  10. Никитин Н.В., Пиманов В.О., Попеленская Н.В. К вопросу об образовании вторичных течений Прандтля 2-го рода // ДАН. 2019. Т. 484. № 4. С. 420–425.
  11. Uhlmann M., Pinelli A., Kawahara G., Sekimoto A. Marginally turbulent flow in a square duct // J. Fluid Mech. 2007. V. 588. P. 153–162.
  12. Nikitin N. Finite-difference method for incompressible Navier–Stokes equations in arbitrary orthogonal curvilinear coordinates // J. Comput. Phys. 2006. V. 217. P. 759–781.
  13. Yakhot A., Arad M., Ben-Dor G. Numerical investigation of a laminar pulsating flow in a rectangular duct // Int. J. Numer. Meth. Fluids. 1999. V. 29. P. 935–950.
  14. Валуева Е.П., Пурдин М.С. Пульсирующее ламинарное течение в прямоугольном канале // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22. № 6. С. 761–773.
  15. White F.M. Viscous fluid flow, 3rd edition. International edition: McGraw-Hill publication, 2006. 629 p.
  16. Uchida S. Pulsating viscous flow superposed on the steady laminar motion // Z. angew. Math. Phys. 1956. V. 7. P. 403–422.
  17. Richardson E.G., Tyler E. The transfer velocity gradient near the mouths of pipes in which an alternating or continuous flow of air is established // Proc. Phys. Soc. Lond. 1929. V. 42. P. 1–15.
  18. Lodahl C.R., Sumer B.M., Fredosoe J. Turbulent combined oscillatory flow and current in a pipe // J. Fluid Mech. 1998. V. 373. P. 313–348.
  19. Manna M., Vacca A. Spectral dynamic of pulsating turbulent pipe flow // Comput. Fluids. 2007. V. 37. P. 825–835.
  20. Gerrard J.H. An experimental investigation of pulsating turbulent water flow in a tube // J. Fluid Mech. 1971. V. 46. P. 43–64.
  21. Nikitin N. Turbulent secondary flows in channels with no-slip and shear-free boundaries // J. Fluid Mech. 2021. V. 917. P. A24.

© Н.В. Никитин, Н.В. Попеленская, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».