ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ ОБТЕКАНИЯ СФЕРИЧЕСКОЙ ЛУНКИ
1
1НИИ механики МГУ, Москва
Проблема взаимодействия потока вязкой несжимаемой жидкости с луночными углублениями в течение многих лет привлекает внимание исследователей со всего мира. В немалой степени это связано с тем, что луночные поверхности являются эффективными интенсификаторами теплообмена, обладая при этом небольшим гидравлическим сопротивлением. В зависимости от отношения высоты к диаметру пятна (H/D) выделяют «мелкие» и «глубокие» лунки. Мелкие лунки, с отношением H/D<0.25 характеризуются стационарным характером течения, в отдельных случаях являясь безотрывным. В экспериментах по изучению обтекания глубоких лунок наблюдается нестационарный режим, характеризуемый чередованием «левосторонней» и «правосторонней» несимметрией течения. С помощью дополнительных внешних воздействий можно зафиксировать один из несимметричных режимов, а также получить стационарный режим симметричного обтекания. Это дает основание предположить, что задача об обтекании глубокой лунки имеет три стационарных решения: одно симметричное нестабильное и два несимметричных метастабильных.
В работе рассматривается канал прямоугольного сечения с лунками различной глубины. В качестве пассивного элемента управления для глубоких лунок введен выступающий с их дна плоский рецептор, ориентированный под различными углами к плоскости симметрии. Для моделирования турбулентного течения использовались методы RANS и DES. Разбиение расчетной области на контрольные объемы проводилось с использованием сетки многогранного типа со сгущением у поверхности лунки. Размерность сеточной модели варьировалась от 1.2 до 9 млн. ячеек в зависимости от метода решения и высоты лунки.
В результате вычислительных экспериментов с применением пассивных элементов управления воспроизведены три равновесных состояния обтекания одиночной лунки: один симметричный и два несимметричных. Использование метода DES для моделирования обтекания лунок без рецепторов позволило воспроизвести переключение режимов. Несимметричные режимы обтекания обладают примерно на 24% большим коэффициентом теплоотдачи лунки по сравнению с симметричным режимом, однако при этом коэффициент гидравлического сопротивления возрастает на 33%.
