 |
Задание дополнительных граничных условий для турбулентности
|
|
|
|
При использовании двухпараметрических моделей турбулентности на проницаемых границах типа «вход» требуется дополнительно задавать две величины, характеризующие турбулентность входящего потока.
В программе Fluent возможно 4 варианта задания ГУ турбулентности входящего потока:
- K end Epsilon – непосредственное задние параметров турбулентной кинетической энергии k, скорости диссипации турбулентной кинетической энергии e, скорости рассеивания турбулентности w. Как правило, при решении инженерных задач эти параметры неизвестны и трудно осязаемы физически. Поэтому при решении прикладных задач этот способ применяется редко;
- Intensity and Hydraulic Diameter - задание интенсивности турбулентности и гидравлического диаметра;
- Intensity and Length Scale - задание интенсивности турбулентности и длины турбулентного смешения;
- Intensity and Viscosity Ratio - задание интенсивности турбулентности и коэффициента вязкости.
Тип ГУ для турбулентности выбирается в списке Speciation Method в поле Turbulence в меню задания входного условия (5 на рис. 3.2)
Систематизированных сведений о численных значениях степени турбулентности в характерных сечениях проточной части ГТД не имеется. Встречаются лишь различные данные об измерениях термоанемометрами и косвенных оценках степени турбулентности в конкретных условиях в аэродинамических трубах или турбинах. Как правило, масштаб турбулентности не превышает 20%, но в большинстве случаев находится в интервале от 1 до 10%. При масштабе турбулентности Е=5% поток считается полностью турбулентным. Наиболее часто встречающиеся в научно-технической литературе приближенные значения степени турбулентности в каналах ГТД [7] приведены в табл. 4.1.
|
|
|
Таблица 4.1
Приближенные значения степени турбулентности потока в элементах ГТД
| Элемент ГТД | Степень турбулентности |
| Непосредственно за жаровой трубой КС | 15…...…20% |
| После сборного коллектора, перед СА первой ступени | 3…...4% |
| За сопловой решеткой, перед РК первой ступени | 4…...5% |
| За рабочим колесом, на входе в СА второй ступени | 4…...8% |
| Перед решетками лопаток воздушных аэродинамических стендов с плавным входом | 0,3…...0,6% |
| При установке перфорированных успокоительных решеток | 1…...2,5% |
| При специальных турбулизирующих сетках | До 12% |
| В горле сопловых решеток (независимо от степени турбулентности на входе) | 0,5...…0,8% |
При решении других задач примерное значение масштаба турбулентности можно определить с помощью следующего соотношения:
, где
k – турбулентная кинетическая энергия;
U – осредненная скорость потока.
Гидравлический диаметр находится по формуле:
, где
П – периметр сечения;
F – его площадь.
Длина смешения может быть принята равной dс=0,4d, где d - толщина вытеснения пограничного слоя.
Коэффициент вязкости представляет собой отношения турбулентной вязкости к ламинарной 
. В большинстве случаев эта величина находится в интервале от 1 до 10.
Для решения задач течения жидкостей и газов в каналах наиболее предпочтительным ГУ для турбулентности является задание масштаба турбулентности и гидравлического диаметра (Intensity and Hydraulic Diameter).
При исследовании течения вблизи пристенных зон предпочтительным является задание интенсивности турбулентности и длины турбулентного смешения (Intensity and Length Scale).
Для решения задач внешнего обтекания больше подходит задание интенсивности турбулентности и коэффициента вязкости (Intensity and Viscosity Ratio).
При моделировании турбулентности с помощью алгебраических моделей турбулентности дополнительные ГУ не требуются.
|
|
|
5. Настройка решателя и решение в программе Fluent
Настройка параметров решателя является важнейшим этапом решения газодинамической задачи в CFD программах. От корректности настройки решающего модуля зависит возможность получения решения, его точность и время счета.
В программе Fluent настройка решающего модуля состоит из нескольких этапов:
- выбор типа решателя, размерности задачи и ее постановки;
- настройка решателя: выбор схем дискретизации, параметров релаксации и т.п.;
- инициализация – назначение значений параметров потока на первой итерации;
- выбор условия завершения решения;
- настройка отображения процесса решения;
- непосредственно расчет.
Большинство действий решателем производится в подменю Solve, за исключением выбора типа решателя, размерности задачи и ее постановки, которые осуществляются в меню ГМ: Define ® Models® Solver и было описано в разделе 2.5.
|
|
|
