Numeričko istraživanje stišljivog turbulentnog vihornog strujanja sa raslojavanjem polja totalne temperature u cevi
Numerical research of compressible turbulent swirl flow with energy separation in a cylindrical tube
Апстракт
Cilj ovog rada je numerička analiza fenomena raslojavanja polja totalne temperature u turbulentnom stišljivom vihornom strujanju u cilindričnoj cevi. U tom smislu, raslojavanje polja totalne temperature u vrtložnoj cevi sa potpuno zatvorenim otvorom za izlaz ohlađenog gasa se analizira numeričkim putem primenom softverom otvorenog tipa - OpenFOAM. Validacija dobijenih numeričkih rezultata je vršena poređenjem sa vrednostima dobijenim eksperimentalnim putem. Za numeričke proračune koriste se dvojednačinski model (standardni k-ε) i puni naponski model turbulencije (LRR). Proračunski domen se smatra dvodimenzionalnim, a radni fluid - vazduh tretira se kao kalorički idealni gas. Uticaj broja ćelija u mreži je izvršen pomoću četiri različite veličine mreže. Raspodele jačine vihora, srednjeg vihora i ugaone brzine jasno ukazuju na uticaj prisustva vihora u strujnom polju. Sa druge strane, združeno sa njihovom vrednošću upućuju i na fiziku ovog izuzetno kompleksnog strujno-termodinamičkog fen...omena kakav je fenomen raslojavanja polja totalne temperature. Na osnovu vrednosti i raspodela ovih strujnih veličina, izvršeno je i poređenje između stišljivog i nestišljivog turbulentnog vihornog strujanja.
The aim of this paper is to numerically analyze the energy separation phenomenon in turbulent compressible swirling flow in a cylindrical tube. In that sense, the energy separation in a vortex tube with orifice at cold end closed completely is examined numerically using OpenFOAM software. Obtained results are validated with the experimental ones. For numerical calculations, both two-equation (standard k-ε) and full Reynolds stress turbulence models (LRR) are used. The computational domain is considered to be two-dimensional, and the working fluid - air is treated as calorically perfect gas. Mesh independence test is carried out for four different mesh sizes. Distributions of swirling flow intensity, average swirl and angular velocity clearly show the influence of the swirl presence in the flow. The values of these quantities point to the physics of this extremely complex flow-thermodynamic phenomenon, such is the energy separation. Based on values and distributions of these flow quanti...ties a comparison between incompressible and compressible turbulent swirling flow is performed.
Кључне речи:
vortex tube / turbulence / swirl / OpenFOAM / energy separationИзвор:
FME Transactions, 2019, 47, 1, 16-22Издавач:
- Univerzitet u Beogradu - Mašinski fakultet, Beograd
Финансирање / пројекти:
- Примена савремених мерних и прорачунских техника за изучавање струјних параметара вентилационих система на моделу енергетски изузетно ефикасног (пасивног) објекта (RS-MESTD-Technological Development (TD or TR)-35046)
- Развој модела мале хидроелектране за изоловано напајање рибњака, и микромреже са различитим обновљивим изворима енергије (RS-MESTD-Technological Development (TD or TR)-33046)
DOI: 10.5937/fmet1901016B
ISSN: 1451-2092
WoS: 000453324000003
Scopus: 2-s2.0-85063285783
Колекције
Институција/група
Mašinski fakultetTY - JOUR AU - Burazer, Jela M. AU - Novković, Đorđe AU - Knežević, Darko M. AU - Lečić, Milan PY - 2019 UR - https://machinery.mas.bg.ac.rs/handle/123456789/3040 AB - Cilj ovog rada je numerička analiza fenomena raslojavanja polja totalne temperature u turbulentnom stišljivom vihornom strujanju u cilindričnoj cevi. U tom smislu, raslojavanje polja totalne temperature u vrtložnoj cevi sa potpuno zatvorenim otvorom za izlaz ohlađenog gasa se analizira numeričkim putem primenom softverom otvorenog tipa - OpenFOAM. Validacija dobijenih numeričkih rezultata je vršena poređenjem sa vrednostima dobijenim eksperimentalnim putem. Za numeričke proračune koriste se dvojednačinski model (standardni k-ε) i puni naponski model turbulencije (LRR). Proračunski domen se smatra dvodimenzionalnim, a radni fluid - vazduh tretira se kao kalorički idealni gas. Uticaj broja ćelija u mreži je izvršen pomoću četiri različite veličine mreže. Raspodele jačine vihora, srednjeg vihora i ugaone brzine jasno ukazuju na uticaj prisustva vihora u strujnom polju. Sa druge strane, združeno sa njihovom vrednošću upućuju i na fiziku ovog izuzetno kompleksnog strujno-termodinamičkog fenomena kakav je fenomen raslojavanja polja totalne temperature. Na osnovu vrednosti i raspodela ovih strujnih veličina, izvršeno je i poređenje između stišljivog i nestišljivog turbulentnog vihornog strujanja. AB - The aim of this paper is to numerically analyze the energy separation phenomenon in turbulent compressible swirling flow in a cylindrical tube. In that sense, the energy separation in a vortex tube with orifice at cold end closed completely is examined numerically using OpenFOAM software. Obtained results are validated with the experimental ones. For numerical calculations, both two-equation (standard k-ε) and full Reynolds stress turbulence models (LRR) are used. The computational domain is considered to be two-dimensional, and the working fluid - air is treated as calorically perfect gas. Mesh independence test is carried out for four different mesh sizes. Distributions of swirling flow intensity, average swirl and angular velocity clearly show the influence of the swirl presence in the flow. The values of these quantities point to the physics of this extremely complex flow-thermodynamic phenomenon, such is the energy separation. Based on values and distributions of these flow quantities a comparison between incompressible and compressible turbulent swirling flow is performed. PB - Univerzitet u Beogradu - Mašinski fakultet, Beograd T2 - FME Transactions T1 - Numeričko istraživanje stišljivog turbulentnog vihornog strujanja sa raslojavanjem polja totalne temperature u cevi T1 - Numerical research of compressible turbulent swirl flow with energy separation in a cylindrical tube EP - 22 IS - 1 SP - 16 VL - 47 DO - 10.5937/fmet1901016B ER -
@article{ author = "Burazer, Jela M. and Novković, Đorđe and Knežević, Darko M. and Lečić, Milan", year = "2019", abstract = "Cilj ovog rada je numerička analiza fenomena raslojavanja polja totalne temperature u turbulentnom stišljivom vihornom strujanju u cilindričnoj cevi. U tom smislu, raslojavanje polja totalne temperature u vrtložnoj cevi sa potpuno zatvorenim otvorom za izlaz ohlađenog gasa se analizira numeričkim putem primenom softverom otvorenog tipa - OpenFOAM. Validacija dobijenih numeričkih rezultata je vršena poređenjem sa vrednostima dobijenim eksperimentalnim putem. Za numeričke proračune koriste se dvojednačinski model (standardni k-ε) i puni naponski model turbulencije (LRR). Proračunski domen se smatra dvodimenzionalnim, a radni fluid - vazduh tretira se kao kalorički idealni gas. Uticaj broja ćelija u mreži je izvršen pomoću četiri različite veličine mreže. Raspodele jačine vihora, srednjeg vihora i ugaone brzine jasno ukazuju na uticaj prisustva vihora u strujnom polju. Sa druge strane, združeno sa njihovom vrednošću upućuju i na fiziku ovog izuzetno kompleksnog strujno-termodinamičkog fenomena kakav je fenomen raslojavanja polja totalne temperature. Na osnovu vrednosti i raspodela ovih strujnih veličina, izvršeno je i poređenje između stišljivog i nestišljivog turbulentnog vihornog strujanja., The aim of this paper is to numerically analyze the energy separation phenomenon in turbulent compressible swirling flow in a cylindrical tube. In that sense, the energy separation in a vortex tube with orifice at cold end closed completely is examined numerically using OpenFOAM software. Obtained results are validated with the experimental ones. For numerical calculations, both two-equation (standard k-ε) and full Reynolds stress turbulence models (LRR) are used. The computational domain is considered to be two-dimensional, and the working fluid - air is treated as calorically perfect gas. Mesh independence test is carried out for four different mesh sizes. Distributions of swirling flow intensity, average swirl and angular velocity clearly show the influence of the swirl presence in the flow. The values of these quantities point to the physics of this extremely complex flow-thermodynamic phenomenon, such is the energy separation. Based on values and distributions of these flow quantities a comparison between incompressible and compressible turbulent swirling flow is performed.", publisher = "Univerzitet u Beogradu - Mašinski fakultet, Beograd", journal = "FME Transactions", title = "Numeričko istraživanje stišljivog turbulentnog vihornog strujanja sa raslojavanjem polja totalne temperature u cevi, Numerical research of compressible turbulent swirl flow with energy separation in a cylindrical tube", pages = "22-16", number = "1", volume = "47", doi = "10.5937/fmet1901016B" }
Burazer, J. M., Novković, Đ., Knežević, D. M.,& Lečić, M.. (2019). Numeričko istraživanje stišljivog turbulentnog vihornog strujanja sa raslojavanjem polja totalne temperature u cevi. in FME Transactions Univerzitet u Beogradu - Mašinski fakultet, Beograd., 47(1), 16-22. https://doi.org/10.5937/fmet1901016B
Burazer JM, Novković Đ, Knežević DM, Lečić M. Numeričko istraživanje stišljivog turbulentnog vihornog strujanja sa raslojavanjem polja totalne temperature u cevi. in FME Transactions. 2019;47(1):16-22. doi:10.5937/fmet1901016B .
Burazer, Jela M., Novković, Đorđe , Knežević, Darko M., Lečić, Milan, "Numeričko istraživanje stišljivog turbulentnog vihornog strujanja sa raslojavanjem polja totalne temperature u cevi" in FME Transactions, 47, no. 1 (2019):16-22, https://doi.org/10.5937/fmet1901016B . .