Эксперт

Сергей

Задать вопрос

Мы готовы помочь Вам.

Рассмотрим пример плоского течения жидкости вдоль щелевого канала, образованного неподвижными плоскими стенками при больших значениях числа Рейнольдса. Во всей области течения, за исключением небольшой области вблизи стенок, действие вязкости жидкости практически отсутствует, преобладают силы инерции. Точные наблюдения показывают,
что жидкость прилипает к стенке, а дальше скорость течения переходит от нулевого значения на стенке к значения скорости, которое наблюдается на таком расстоянии от стенки, на котором наличие стенки не вносит изменений в характер течения жидкости. Тонкий слой жидкости, на котором происходит этот переход, называется пограничным слоем или слоем трения.
По причине существования пограничного слоя имеет смысл условно
разделить область течения на две области:
1. Собственно, пограничный слой. Градиент скорости, направленный перпендикулярно стенке, очень велик, действие вязкости оказывает большое влияние на характер течения. Это связано с тем, что касательное напряжение, вызываемое трением, зависит от градиента скорости, который, как было отмечено выше, принимает большие значения:
𝜏 = 𝜇
𝜕𝑢
𝜕𝑦
2
Толщина пограничного слоя пропорциональна квадратному корню из кинематической вязкости:
𝛿~√𝜈
Также следует принять, что толщина пограничного слоя значительно меньше характерного линейного размера тела L:
𝛿 ≪ 𝐿
2. Остальная область течения, не включающая в себя пограничный
слой. Ввиду небольших значений градиента скорости в этой области можно
пренебречь действием вязкости.
В общем виде профиль скорости в сечении щелевого канала будет
иметь вид, показанный на рисунке 1.
Рисунок 1 Профиль скорости в щелевом канале
В прошлой работе внимание было обращено на величину динамической вязкости и её влияние на параметры потока, причём ввиду того, что зона, в которой силы вязкости играют ощутимую роль в потоке ограничена пограничным слоем, рассматривался именно он. В данной же работе будет рассмотрено также влияние градиента скорости на рост пограничного слоя.
Каждый вариант задания включает по два значения скорости потока для оценки влияния скорости потока на образование пограничного слоя.

Методические и практические указания по выполнению работы
Для начала выполнения данной работы нужно получить файлы, содержащие заранее подготовленную расчётную сетку для исследуемого канала,
а также описание граничных условий.
Моделирование течения производится в программе «ANSYS CFX».
После открытия программы нужно провести импорт полученной расчётной сетки. Следует обращать внимание на заданные единицы измерения
длины, так как на данном этапе можно ошибиться с масштабом, и геометрия будет передана с размерами, не соответствующими действительности.
Далее необходимо выбрать указанный в задании газ. В случае, если газ задан идеальным, необходимо для учёта зависимости его вязкости от температуры в библиотеке веществ отредактировать его настройки – задать значение вязкости в виде выражения – полинома от температуры.
Далее необходимо описать расчётную область, для этого создаётся расчётный домен, включающий в себя весь исследуемый объём. В домене задаётся течение воздуха (выбрать нужно газ с учётом изменения вязкости),
ссылочное давление задаётся равным 1 атм., течение выбирается турбулентным, модель турбулентности – k-ε. В данной задаче следует задаться течением с учётом теплообмена и с учётом влияния на теплообмен кинетической
энергии ввиду высоких скоростей течения (опция «Total Energy»).
Далее задаются граничные условия:
 на входе – скорость газа (направление – по нормали к плоскости
входа), а также его температура;
 на выходе – осреднённое статическое давление;
 на стенках – условия стенок без проскальзывания потока, а
также их температуры.

В настройках решателя следует увеличить максимальное количество
итераций до 300.Также следует уменьшить величину критерия сходимости
по невязкам до 1e-5.
В отчёт по лабораторной работе следует включить изображение профиля скоростей в продольном сечении и в поперечных сечения в окрестности входа и выхода, также на середине длины канала. Также следует построить графики распределения скорости по высоте в поперечных сечениях.