КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ РУХУ РІДИНИ В СОПЛАХ ВЕНТУРІ РІЗНИХ КОНФІГУРАЦІЙ

Л. Авдєєва; А. Макаренко; Г. Декуша

doi:10.15407/scine18.05.061

Автор(и)

Л. Авдєєва Інститут технічної теплофізики Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0002-3434-1669
А. Макаренко Інститут технічної теплофізики Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0003-2338-5364
Г. Декуша Інститут технічної теплофізики Національної академії наук України https://orcid.org/0000-0002-8829-8221

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine18.05.061

Ключові слова:

комп’ютерне моделювання, ANSYS Fluent, гідродинамічна кавітація, сопло Вентурі

Анотація

Вступ. Гідродинамічна кавітація як ефективний спосіб локальної концентрації енергії для створення потужних динамічних ефектів широко застосовується для інтенсифікації багатьох енергоємних процесів обробки складних гетерогенних дисперсних систем.
Проблематика. Висока вартість обладнання для фізичного експерименту й труднощі відтворення в лабораторних умовах складних гідродинамічних процесів спричиняють необхідність використання методів їхнього моделювання. Останнім часом математичне та комп’ютерне моделювання перетворилося в одну з найбільш ефективних технік.
Мета. Прогнозування поведінки руху рідини всередині сопел Вентурі різних конфігурацій при зміні теплотехнологічних параметрів за допомогою обчислювального пакету ANSYS Fluent.
Матеріали і методи. Використано алгоритм Simple методу Патанкар із залученням протипотокової схеми другого порядку точності для конвективних членів в рівнянні збереження імпульсу, для рівняння кінетичної турбулентної енергії і рівняння дисипації турбулентної енергії; застосовано модифіковану k-ε модель турбулентності «Realizable» та Ейлерову модель Mixture (модель багатофазної суміші). Для генерації розрахункової сітки використано стандартний пакет Ansys ICEM CFD.
Результати. Обрана модель для комп’ютерного прогнозування показала свою ефективність і дозволила встановити деякі закономірності руху рідини по осі сопла Вентурі. За результатами моделювання побудовано залежності зміни показників тиску при зміні діаметра горловини й кута розкриття дифузору сопла Вентурі. Показано, що найбільша інтенсивність кавітаційного впливу досягається в дослідному соплі з кутом розкриття дифузора α_dif = 12° для всіх
діаметрів горловини сопла.
Висновки. Застосування вузькоспеціалізованих програмно-моделюючих систем дозволяють краще зрозуміти поведінку течії в закритих каналах різних профілів. Комп’ютерне моделювання руху рідини в соплах Вентурі дозволило забезпечити прогнозування процесів виникнення і розвитку гідродинамічної кавітації на різних відрізках.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Ivanitsky, G. K., Avdieieva, L. Yu., Makarenko, A. A. (2016). Using the effects of hydrodynamic cavitation for purposeful dynamical action on the supramolecular structures. Physics of aerodisperse systems, 53, 142-151.

Dolinsky, А., Avdieieva, L., Makarenko, A. (2020). Cavitation technologies for the production of nanopreparations. Kyiv: Naukova dumka [in Ukrainian].

ANSYS Fluent. User's Guide. Release 19.2. (2018). Ansys Inc.

Ledoux, M., ELHami, A. (2021). Modeling and Simulations under ANSYS. Heat Transfer 2: Radiative Transfer, 10, 169- 215. https://doi.org/10.1002/9781119821304.ch6

Zore, K., Ozcer, I., Munholand, L., Stokes, J. (2020). ANSYS CFD Simulations of Supersonic and Hypersonic Flows. NSSW2020: 6th National Symposium on Shock Waves. IITM (26-28 February, 2020, Chennai). India.

Sulinov, A., Shabliy, L., Zubanov, V. (2015). Methods of modeling the work process of hydrogen screw-centrifugal pumps using ANSYS CFD. Vestnik of the Samara State Aerospace University, 14(3-2), 305-315 [in Russian]. https://doi.org/10.18287/2412-7329-2015-14-3-2-305-315

Spille, A., Hesse, J. (2016). CFD simulation of cavitation in an internal gear pump. 3rd International Rotating Equipment Conference. Pump Users International Forum (14-15 September 2016, Düsseldorf). Germany.

Sandyal, P. K. S. L. (2016). CFD Simulation of Centrifugal Blower Using ANSYS CFX. Materials of National Conference on Advances in Mechanical Engineering Science (29 April, 2016, Kattankulathur). India. 34-38.

Cabrera Escobar, J., Jurado, F., Vera, D. (2021). Simulation of an active indirect hybrid dehydrator using ANSYS software. Enfoque UTE, 12(4), 29-44. https://doi.org/10.29019/enfoqueute.771

Hami, E. L. A., Radi, B. (2017). Fluid-Structure Interaction with Ansys Fluent. Wiley-ISTE.

https://doi.org/10.1002/9781119388937

Caunii, V., Sachelarie, A. (2016). Simulation of the Air Conditioning Curtains with Turbulent Circular Jet Flows Inside the Cabin Vehicle Using ANSYS CFD. Proceedings of the European Automotive Congress EAEC-ESFA (25-27 November 2015, Bucharest, Romania). Springer. Cham. P. 357-366.

https://doi.org/10.1007/978-3-319-27276-4_33

Vyroubal, P., Mačák, M. (2019). Investigation of Cyclic Voltammetry in Ansys Fluent. ECS Transactions., 95(1), 467- 474. https://doi.org/10.1149/09501.0467ecst

Kinzel, M., Lindau, J., Kunz, R. (2019). An Assessment of CFD Cavitation Models Using Bubble Growth Theory and Bubble Transport Modeling. Journal of Fluids Engineering, 141(4), 041301. https://doi.org/10.1115/1.4042421

Chen, T., Huang, B., Wang, G., Zhao, X. (2016). Numerical study of cavitating flows in a wide range of water temperatures with special emphasis on two typical cavitation dynamics. International Journal of Heat and Mass Transfer, 101, 886-900. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.05.107

Niedzwiedzka, A., Sobieski, W. (2016). Verification of cavitation models in ANSYS Fluent. Materials of 1st Workshop on Porous Media (1-3 July, 2016, Olsztyn, Poland). 38.

Uyanna, O., Najafi, H. A. (2017). A Numerical Analysis on Cavitation Effects in Microchannels. Proceedings of the ASME-2017. International Mechanical Engineering Congress and Exposition. Volume 7: Fluids Engineering (November 3-9, 2017, Tampa, Florida, USA). https://doi.org/10.1115/IMECE2017-71909

Li, M., Bussonnière, A., Bronson, M., Xu, Zh., Liu, Q. (2019). Study of Venturi tube geometry on the hydrodynamic cavitation for the generation of microbubbles. Minerals Engineering, 132, 268-274. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.11.001

Hilares, R. T., Dionízio, R. M., Sanchez, S., Prado, C. A., R. de Sousa Júnior, S. S. da Silva, Santos, J. C. (2020). Hydrodynamic cavitation-assisted continuous pre-treatment of sugarcane bagasse for ethanol production: effects of geometric pa rameters of the cavitation device. Ultrasonics Sonochemistry, 63, 104931. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.104931

Liao, Y., Lucas, D. (2018). Evaluation of Interfacial Heat Transfer Models for Flashing Flow with Two-Fluid CFD. Fluids, 3(2), 38. https://doi.org/10.3390/fluids3020038

Tiwari, G., Kumar, J., Prasad, V., Patel, V. (2020). Utility of CFD in the design and performance analysis of hydraulic turbines - A review. Energy Reports, 6, 2410-2429.

https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.09.004

Xue, W., Huai, W., Qian, Zh., Yang, Zh.-H., Zeng, Yu. (2014). Numerical simulation of initial mixing of marine wastewater discharge from multiport diffusers. Engineering Computations, 31(7), 1379-1400.

https://doi.org/10.1108/EC-06-2013-0148

Ionel Olaru. (2013). The fluid flow simulation through to a Venturi nozzle. Journal of Engineering Studies and Research, 19(1), 42-46. https://doi.org/10.29081/jesr.v19i1.138