METHOD OF EQUAL RATE SURFACES IN STRUCTURAL AERODYNAMICS
Main Article Content
Abstract
Проблема сжигания природного топлива в настоящее время является крайне важной экологической задачей. Дымовой газ, выбрасываемый в атмосферу, негативно влияет на окружающую среду. Последствия этого могут быть самыми разнообразными, от выпадения осадков, содержащих кислотные соединения, до повышения уровня легочных заболеваемостей населения. Решением проблемы сжигания топлива при выработке энергии в тепловых электростанциях может служить конструкция, называемая комбинированным высотным сооружением. Она объединяет в себе две составляющие: градирню и, непосредственно, дымовую трубу. Исследование характера течения газов в таком сооружении является чрезвычайно важной задачей, так как от процесса смешения дыма с дополнительно подаваемым воздухом в трубу зависит концентрация выброса вредных веществ в атмосферу. Данная статья посвящена численному изучению газодинамики в рассматриваемых сооружениях. Представлено обобщение метода поверхностей равных расходов для описания внутренней аэродинамики сооружения. В основе математической модели используется вязкий сжимаемый газ. Течение описывается системой уравнений Навье-Стокса, записанной в параболизованной форме, дополненной алгебраической моделью турбулентности. Численное решение проводится методом конечных разностей. Рассмотрены различные варианты геометрии конструкции и начальных условий. Отмечено благоприятное воздействие начальной закрутки потока на интенсивность смешения дымовых газов и уменьшение концентрации вредных веществ на выходе из трубы. На основе проведенных исследований разработаны рекомендации для проектирования и профилирования возводимых сооружений.
Downloads
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
References
Lucca-Negro O., O'Doherty T. Vortex breakdown: a review // Progress in Energy and Combustion Science. 2001. V. 27. Pp. 431–481. DOI: https://doi.org/10.1016/S0360-1285(00)00022-8
Escudier M.P. Vortex breakdown: observations and explanations // Progress in Aerospace Sciences. 1988. Vol. 25. № 2. Pp. 189 229. DOI: https://doi.org/10.1016/0376-0421(88)90007-3
Wang Y., Xingjian Wang X., Yang V. Evolution and transition mechanisms of internal swirling flows with tangential entry // Physics of Fluids. 2018. Vol. 30. 013601. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5001073
Ogus G., Baelmans M., Vanierschot M. On the flow structures and hysteresis of laminar swirling jets // Physics of Fluids. 2016. Vol. 28. 123604. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4972227
Akhmetov V.K., Medvedev Yu.V., Shkadov V.Ya. Effect of the Inertia Terms in Sliding Bearing Calculation Problems // Fluid Dynamics. 2014. Vol.49. №3. P.320-329. DOI: https://doi.org/10.1134/S001546281403003X
Orlandi P. Two-dimensional and three-dimensional direct numerical simulation of co-rotating vortices // Physics of Fluids. 2007. Vol. 19. 013101. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2424498
Akhmetov V.K.. Shkadov V.Ya. Ustoychivost svobodnykh i ogranichennykh zakruchennykh techeniy s zonami retsirkulyatsii // Inzhenernaya fizika. 2008. № 6. 6–13 (in Russian).
Oberleithner K., Paschereit C., Seele R., Wygnanski T. Formation of turbulent vortex breakdown: intermittency, criticality, and global instability // AIAA Journal. 2012. Vol. 50. № 7. Pp. 1437–1452. DOI: https://doi.org/10.2514/1.J050642
Escudier M.P., Nickson A.K., Poole R.J. Influence of outlet geometry on strongly swirling turbulent flow through a circular tube // Physics of Fluids. 2006. Vol. 18. 125103. DOI: https://doi.org/10.1063/1.2400075
Mergheni M.A., Riahi Z., Sautet J.C., Nasrallah S.B. Swirl effects on dynamics characteristics of a coaxial jet // Thermal Science. 2017. Vol. 21. № 6. Pp. 2543–2552. DOI: https://doi.org/10.2298/TSCI151227101M
Alekseyenko S.V.. Shtork S.I.. Yusupov R.R. Izotermicheskoye modelirovaniye aerodinamicheskoy struktury zakruchennogo techeniya v dvukhstupenchatom gorelochnom ustroystve // Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2017. T. 328. № 7. 6–18 (in Russian).
Mansouri Z., Aouissi M., Boushaki T. A numerical study of swirl effects on the flow and flame dynamics in a lean premixed combustor // International journal of heat and technology. 2016. Vol. 34. № 2. Pp. 227-235. DOI: https://doi.org/10.18280/ijht.340211
Kutateladze S.S.. Volchkov E.P.. Terekhov V.I. Aerodinamika i teplomassoobmen v ogranichennykh vikhrevykh potokakh. Novosibirsk: Institut teplofiziki. 1987. 283 pages (in Russian).
Lu X., Wang S., Sung H.G., Hiseh S.Y., Yang V. Large-eddy simulation of turbulent swirling flow injected into dump chamber // Journal of Fluid Mechanics. 2005. Vol. 527. Pp. 171–195. DOI: https://doi.org/10.1017/S0022112004002927
Wang P., Bai X.S., Wessman M., Klingmann J. Large eddy simulation and experimental studies of a confined turbulent swirling flow // Physics of Fluids. 2004. Vol. 16. № 9. Pp. 3306–3324. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1769420
Rukes L., Sieber M., Paschereit C., Oberleithner K. The impact of heating the breakdown bubble on the global mode of a swirling jet: experiments and linear stability analysis // Physics of Fluids. 2016. Vol. 28. 104102. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4963274
Gallaire F., Ruith M., Meiburg E., Chomaz J., Huerre P. Spiral vortex breakdown as a global mode // Journal of Fluid Mechanics. 2006. Vol. 549. Pp. 71–80. DOI: https://doi.org/10.1017/S0022112005007834
Blanco-Rodríguez F.J., Rodríguez-García J.O., Parras L., del Pino C. Optimal response of Batchelor vortex // Physics of Fluids. 2017. Vol. 29. 064108. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4986562
Yadav N.K., Samanta A. The stability of compressible swirling pipe flows with density stratification // Journal of Fluid Mechanics. 2017. Vol. 823. Pp. 689–715. DOI: https://doi.org/10.1017/jfm.2017.335
Delbende I., Rossi M. Nonlinear evolution of a swirling jet instability // Physics of Fluids. 2005. Vol. 17. 044103. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1868412
Akhmetov V.K. Gidrodinamicheskaya ustoychivost kontrvikhrevykh techeniy // Gidrotekhnicheskoye stroitelstvo. 2018. № 2. 13–18 (in Russian).
Shkadov V.Ya. Nekotoryye metody i zadachi teorii gidrodinamicheskoy ustoychivosti // Trudy instituta mekhaniki MGU. 1973. № 25. 160 pages (in Russian).
Kholpanov L.P.. Shkadov V.Ya. Gidrodinamika i teplomassoobmen s poverkhnostyu razdela. M.: Nauka. 1990. 271 pages (in Russian).