Тема: МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В КАНАЛЕ С ВНЕЗАПНЫМ РАСШИРЕНИЕМ / СУЖЕНИЕМ

Во многих технологиях и индустриях распространены течения вязких жидкостей, которые протекают в неизотермических условиях. Инженерам при разработке технологического процесса необходимо представлять картину течения и иметь инструмент количественного описания основных характеристик. В случае течения вязких сред по каналам различной конфигурации необходимо знать характерные режимы и значения параметров, при которых реализуется соответствующий режим. Неизотремичность сильно осложняет процесс моделирования. Одним из наиболее распространенных методов исследования гидродинамических процессов является численное моделирование, как с использованием оригинальных программ, так и коммерческих пакетов прикладных программ. В настоящее время существует множество программных продуктов (Fluent, OpenFoam и т.п.), направленных на изучение таких процессов. Использование последних студентами и молодыми учеными не позволяет им глубоко понять основы вычислительной математики, так как расчетные формулы и алгоритм решения, в большинстве случаев, закрыты разработчиками.
Доступная литература по изучению потоков с внезапным сужением / расширением в основном посвящена анализу гидродинамических аспектов. Последние исследования направлены на то, чтобы осветить следующие проблемы: явления бифуркации потока [13], потери давления [4, 5] и неустойчивость потока [6, 7]. По-видимому, недостаточно усилий было направлено на изучение тепловых эффектов (особенно вязкого нагрева) в таких потоках. Уже имеющиеся работы по изучению течения расплавов полимеров в двумерных плоских каналах и в каналах с внезапным расширением показали интересные особенности в отношении вязких эффектов нагрева [8-11]. Решение изотермических двумерных задач (плоской или осесимметричной) с внезапным сужением / расширением было представлено Биндингом и др. [12] с использованием метода конечных элементов для жидкостей со сложной реологией.
В работе [12] речь идет о численном расчете поля давления, связанного с течением жидкости сложной реологии, в каналах с комбинированным сужением / расширением 4:1:4. Результаты представлены для некоторых аспектов, связанных с кинематикой потока, чтобы проиллюстрировать связь между полем давления и результирующим полем скорости потока.
Экспериментальные исследования Карталоса и Пиау [13] посвящены изучению потоков полимерных растворов в каналах с сужением / расширением. В частности, усилия были направлены на поиск зависимости потерь давления от размера конструктивного элемента (клапана). В качестве модельных жидкостей использовались растворы частично гидролизованного полиакриламида в глюкозе и полиэтиленоксид в глицерине / воде.
Ротштейн и Мак-Кинли [14, 15] исследовали ползущий поток жидкости из
полистирола Богера через канал 2:1:2, 4:1:4 и 8:1:8 осесимметричной геометрии сжатия / расширения с острыми и закругленными углами.
Целью данной работы является исследование течения вязкой жидкости в плоском канале с конструктивным элементом с учетом диссипативного разогрева. Численное моделирование проводится в следующей последовательности: формулировка
математической постановки задачи, разработка численного алгоритма решения, создание и отладка программы для ЭВМ, проведение параметрических исследований с целью получения распределения кинематических и динамических характеристик течения.
Купить

В ходе проделанного исследования:
1. Сформулирована математическая постановка задачи о неизотермическом течении неньютоновской несжимаемой жидкости в канале с конструктивным элементом;
2. Предложена методика численного решения с использованием алгоритма SIMPLE;
3. Написана и отлажена программа для ЭВМ, проведены расчеты;
4. Получены поля компонент вектора скорости U и V, распределение температуры, давления и линий тока;
5. Проведены параметрические исследования характеристик жидкости от чисел Рейнольдса, Пекле, степени нелинейности и константы диссипативного разогрева С1.
6. Проведено сравнение полученных результатов с результатом расчета коммерческого пакета.
Купить