Тривимірний потік в'язкої нестисливої рідини у циліндричному каналі з двома діафрагмами

Анотація

Досліджено тривимірну течію в’язкої нестисливої рідини у циліндричному каналі з двома послідовними діафрагмами (звуженнями) на основі чисельного розв’язання нестаціонарних рівнянь Нав’є–Стокса. Алгоритм розв’язання базується на методі скінченних об’ємів з використанням різницевих схем другого порядку точності за простором та часом. Для інтерполяції конвективних членів використовується TVD форма центрально-різницевої схеми з обмежувачем потоку. Зв’язаний розрахунок полів швидкості та тиску проводиться за допомогою процедури PISO.
Показано, що в певному діапазоні чисел Рейнольдса течія рідини в області між діафрагмами неста ціонарна і характеризується наявністю нестійкого зсувного шару, утвореного примежовим шаром, що зривається з поверхні першої діафрагми. В порожнині між діафрагмами встановлюється циркуляційний рух середовища, який можна інтерпретувати як гідродинамічний канал зворотного зв’язку, що створює умови для виникнення автоколивань у системі. У зсувному шарі утворюється послідовний ряд кільцевих вихорів, які викликають автоколивання полів швидкості та тиску в околі отвору другої діафрагми, а також коливання тиску в усьому об’ємі середовища між діафрагмами. Ці автоколивання можуть бути джерелом звуку в каналі.
Проведено порівняння отриманих результатів з моделлю осесиметричного потоку в циліндричному каналі з двома діафрагмами. Структура тривимірного потоку має азимутальну асиметрію, що істотно впливає на локальні особливості течії. Спостерігається асиметрія циркуляційного руху середовища в порожнині між діафрагмами та кільцевих вихорів у зсувному шарі. Проте період коливань полів швидкості та тиску збігається з моделлю осесиметричного потоку. Тобто асиметрія течії практично не позначається на її інтегральних характеристиках.