Об экспериментальных тестах (бенчмарках) для программных пакетов, обеспечивающих расчет теплообменников в атомной энергетике
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2012.5.4.55Ключевые слова:
турбулентная конвекция, конвективный теплообмен, CFD пакеты, бенчмаркиАннотация
Обсуждается проблема обеспечения экспериментальным тестовым материалом программ вычислительной гидродинамики, применяемых при расчете теплообменников в атомной энергетике. В качестве эталонной задачи (бенчмарка) предлагается использовать задачу о турбулентной конвекции Рэлея–Бенара в прямоугольной полости размерами(где один из горизонтальных размеров) для фиксированного числа Рэлеяи аспектного отношения Ги. Эксперимент показал, что при таких аспектных отношениях реализуются различные режимы крупномасштабной циркуляции. Выполненные с помощью пакета ANSYS CFX расчеты для двух случаев (Г,и Г,) показали, что пакет позволяет получить результаты, адекватно отображающие как среднее течение, так и пространственное и спектральное распределения турбулентных пульсаций. Долговременные расчеты воспроизводят также динамику крупномасштабной циркуляции, хотя и требуют увеличения времени расчетов для более точного сопоставления характеристик поведения системы.
Скачивания
Библиографические ссылки
Betts P.L., Bokhari I.H. Experiments on turbulent natural convection in an enclosed tall cavity // Int. J. Heat Fluid Fl. – 2000. – V. 21, N. 6. – P. 675-683. DOI
2. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М., Непомнящий А.А. Устойчивость конвективных течений. - М.: Наука, 1989. - 320 с.
3. Зимин В.Д., Фрик П.Г. Турбулентная конвекция. - М.: Наука, 1988. - 178 с.
4. Васильев А.Ю., Фрик П.Г. Инверсии крупномасштабной циркуляции при турбулентной конвекции в прямоугольных областях // Письма в ЖЭТФ – 2011. –T. 93, № 6. – C. 363-367.
5. De Vahl Davis G. Natural convection of air in a square cavity: a bench mark numerical solution // Int. J. Numer. Meth. Fl. – 1983. – V. 3, N. 3. – P. 249-264. DOI
6. Hortmann M., Perić M., Scheurer G. Finite volume multigrid prediction of laminar natural convection: Bench-mark solutions // Int. J. Numer. Meth. Fl. – 1990. – V. 11, N. 2. – P. 189-207. DOI
7. Christon M.A., Gresho P.M., Sutton S.B. Computational predictability of time-dependant natural convection flows in enclosures (including a benchmark solution) // Int. J. Numer. Meth. Fl. – 2002. – V. 40, N. 8. – P. 953-980. DOI
8. Tian Y.S., Karayiannis T.G. Low turbulence natural convection in an air filled square cavity: Part I: the thermal and fluid flow fields // Int. J. Heat Mass Tran. – 2000. – V. 43, N. 6. – P. 849-866. DOI
9. Tian Y.S., Karayiannis T.G. Low turbulence natural convection in an air filled square cavity: Part II: the turbulence quantities // Int. J. Heat Mass Tran. – 2000. – V. 43, N. 6. – P. 867-884. DOI
10. Ozoe, H., Yamamoto, K., Churchill, S.W., Sayama, H. Three-dimensional, numerical analysis of laminar natural convection in a confined fluid heated from below // J. Heat Trans. - T. ASME. – 1976. V. 98, N. 2. – P.202-207.
11. Hernández R., Frederick R.L. Spatial and thermal features of three dimensional Rayleigh-Bénard convection // Int. J. Heat Mass Tran. – 1994. – V. 37, N. 3. – P. 411-424. DOI
12. Pallarés J., Cuesta I., Grau F.X., Giralt F. Natural convection in a cubical cavity heated from below at low Rayleigh numbers // Int. J. Heat Mass Tran. – 1996. – V. 39, N. 15. – P. 3233-3247. DOI
13. Pallarés J., Grau F.X., Giralt F. Flow transitions in laminar Rayleigh-Bénard convection in a cubical cavity at moderate Rayleigh numbers // Int. J. Heat Mass Tran. – 1999. – V. 42, N. 4. – P. 753-769. DOI
14. Pallarés J., Arroyo M.P., Grau F.X., Giralt F. Experimental laminar Rayleigh–Bénard convection in a cubical cavity at moderate Rayleigh and Prandtl numbers // Exp. Fluids. – 2001. – V. 31, N. 2. – P. 208-218. DOI
15. Puigjaner D., Herrero J., Giralt F., Simó C. Stability analysis of the flow in a cubical cavity heated from below // Phys. Fluids. – 2004. – V. 16, N. 10. – P. 3639-3655. DOI
16. Puigjaner D., Herrero J., Giralt F., Simó C. Bifurcation analysis of multiple steady flow patterns for Rayleigh–Bénard convection in a cubical cavity at // Phys. Rev. E. – 2006. – V. 73, N. 4. – 046304. DOI
17. Puigjaner D., Herrero J., Simó C., Giralt F. Bifurcation analysis of steady Rayleigh–Bénard convection in a cubical cavity with conducting sidewalls // J. Fluid Mech. – 2008. – V. 598. – P. 393-427. DOI
18. Буссе Ф., Любимов Д.В., Любимова Т.П., Седельников Г.А. Трехмерные режимы конвекции в кубической полости // МЖГ. – 2008. – № 1. – С. 3-11.
19. Puigjaner D., Herrero J., Simó C., Giralt F. From steady solutions to chaotic flows in a Rayleigh-Bénard problem at moderate Rayleigh numbers // Physica D. – 2011. – V. 240, N. 11. – P. 920-934. DOI
20. Sreenivasan K.R., Bershadskii A., Niemela J.J. Mean wind and its reversal in thermal convection // Phys. Rev. E. – 2002. – V. 65, N. 5. – 056306. DOI
21. Brown E., Ahlers G. Rotations and cessations of the large-scale circulation in turbulent Rayleigh– Bénard convection // J. Fluid Mech. – 2006. – V. 568. – P. 351-386. DOI
22. Xi H.-D., Xia K.-Q. Azimuthal motion, reorientation, cessation, and reversal of the large-scale circulation in turbulent thermal convection: A comparative study in aspect ratio one and one-half geometries // Phys. Rev. E. – 2008. – V. 78, N. 3. – 036326. DOI
23. Sugiyama K., Ni R., Stevens R.J.A.M., Chan T.S. et al. Flow reversals in thermally driven turbulence // Phys. Rev. Lett. – 2010. – V. 105, N. 3. – 034503. DOI
24. Любимов Д.В., Путин Г.Ф., Чернатынский В.И. О конвективных движениях в ячейке Хеле-Шоу // ДАН СССР. – 1977. – Т. 235, № 3. – С. 554-556.
25. Баранников В.А., Фрик П.Г., Шайдуров В.Г. Спектральные характеристики двумерной турбулентной конвекции в вертикальной щели // ПМТФ. – 1988. – № 2. – С. 42-46.
26. Аристов С.Н., Фрик П.Г. Крупномасштабная турбулентность в конвекции Рэлея-Бенара // Известия АН СССР. МЖГ. – 1989. – № 5. – C. 43-48.
27. Celani A., Matsumoto T., Mazzino A., Vergassola M. Scaling and universality in turbulent convection // Phys. Rev. Lett. – 2002. – V. 88, N. 5. – 054503. DOI
28. Seychelles F., Ingremeau F., Pradere C., Kellay H. From intermittent to nonintermittent behavior in two dimensional thermal convection in a soap bubble // Phys. Rev. Lett. – 2010. – V. 105, N. 26. – 264502. DOI
29. Богатырев Г.П., Гилев В.Г., Зимин В.Д. Пространственно-временные спектры стохастических колебаний в гидродинамических системах // Письма в ЖЭТФ. – 1980. – Т. 32, № 3. – С. 229-232.
30. Баранников В.А., Богатырев Г.П., Зимин В.Д., и др. Закономерности чередования пиков в спектрах стохастических колебаний гидродинамических систем: Препр. / Ин-т механики сплошных сред. – Свердловск, УНЦ АН СССР, 1982. – 32 с.
31. Smagorinsky J. General Circulation Experiments with the Primitive Equations. I. The basic experiment // Mon. Wea. Rev. – 1963. – V. 91, N.3. – P. 99-164. DOI
###
Betts P.L., Bokhari I.H. Experiments on turbulent natural convection in an enclosed tall cavity // Int. J. Heat Fluid Fl. - 2000. - V. 21, N. 6. - P. 675-683. DOI
2. Gersuni G.Z., Zuhovickij E.M., Nepomnasij A.A. Ustojcivost’ konvektivnyh tecenij. - M.: Nauka, 1989. - 320 s.
3. Zimin V.D., Frik P.G. Turbulentnaa konvekcia. - M.: Nauka, 1988. - 178 s.
4. Vasil’ev A.U., Frik P.G. Inversii krupnomasstabnoj cirkulacii pri turbulentnoj konvekcii v pramougol’nyh oblastah // Pis’ma v ZETF - 2011. -T. 93, No 6. - C. 363-367.
5. De Vahl Davis G. Natural convection of air in a square cavity: a bench mark numerical solution // Int. J. Numer. Meth. Fl. - 1983. - V. 3, N. 3. - P. 249-264. DOI
6. Hortmann M., Peric M., Scheurer G. Finite volume multigrid prediction of laminar natural convection: Bench-mark solutions // Int. J. Numer. Meth. Fl. - 1990. - V. 11, N. 2. - P. 189-207. DOI
7. Christon M.A., Gresho P.M., Sutton S.B. Computational predictability of time-dependant natural convection flows in enclosures (including a benchmark solution) // Int. J. Numer. Meth. Fl. - 2002. - V. 40, N. 8. - P. 953-980. DOI
8. Tian Y.S., Karayiannis T.G. Low turbulence natural convection in an air filled square cavity: Part I: the thermal and fluid flow fields // Int. J. Heat Mass Tran. - 2000. - V. 43, N. 6. - P. 849-866. DOI
9. Tian Y.S., Karayiannis T.G. Low turbulence natural convection in an air filled square cavity: Part II: the turbulence quantities // Int. J. Heat Mass Tran. - 2000. - V. 43, N. 6. - P. 867-884. DOI
10. Ozoe, H., Yamamoto, K., Churchill, S.W., Sayama, H. Three-dimensional, numerical analysis of laminar natural convection in a confined fluid heated from below // J. Heat Trans. - T. ASME. - 1976. V. 98, N. 2. - P.202-207.
11. Hernandez R., Frederick R.L. Spatial and thermal features of three dimensional Rayleigh-Benard convection // Int. J. Heat Mass Tran. - 1994. - V. 37, N. 3. - P. 411-424. DOI
12. Pallares J., Cuesta I., Grau F.X., Giralt F. Natural convection in a cubical cavity heated from below at low Rayleigh numbers // Int. J. Heat Mass Tran. - 1996. - V. 39, N. 15. - P. 3233-3247. DOI
13. Pallares J., Grau F.X., Giralt F. Flow transitions in laminar Rayleigh-Benard convection in a cubical cavity at moderate Rayleigh numbers // Int. J. Heat Mass Tran. - 1999. - V. 42, N. 4. - P. 753-769. DOI
14. Pallares J., Arroyo M.P., Grau F.X., Giralt F. Experimental laminar Rayleigh-Benard convection in a cubical cavity at moderate Rayleigh and Prandtl numbers // Exp. Fluids. - 2001. - V. 31, N. 2. - P. 208-218. DOI
15. Puigjaner D., Herrero J., Giralt F., Simo C. Stability analysis of the flow in a cubical cavity heated from below // Phys. Fluids. - 2004. - V. 16, N. 10. - P. 3639-3655. DOI
16. Puigjaner D., Herrero J., Giralt F., Simo C. Bifurcation analysis of multiple steady flow patterns for Rayleigh-Benard convection in a cubical cavity at // Phys. Rev. E. - 2006. - V. 73, N. 4. - 046304. DOI
17. Puigjaner D., Herrero J., Simo C., Giralt F. Bifurcation analysis of steady Rayleigh-Benard convection in a cubical cavity with conducting sidewalls // J. Fluid Mech. - 2008. - V. 598. - P. 393-427. DOI
18. Busse F., Lubimov D.V., Lubimova T.P., Sedel’nikov G.A. Trehmernye rezimy konvekcii v kubiceskoj polosti // MZG. - 2008. - No 1. - S. 3-11.
19. Puigjaner D., Herrero J., Simo C., Giralt F. From steady solutions to chaotic flows in a Rayleigh-Benard problem at moderate Rayleigh numbers // Physica D. - 2011. - V. 240, N. 11. - P. 920-934. DOI
20. Sreenivasan K.R., Bershadskii A., Niemela J.J. Mean wind and its reversal in thermal convection // Phys. Rev. E. - 2002. - V. 65, N. 5. - 056306. DOI
21. Brown E., Ahlers G. Rotations and cessations of the large-scale circulation in turbulent Rayleigh- Benard convection // J. Fluid Mech. - 2006. - V. 568. - P. 351-386. DOI
22. Xi H.-D., Xia K.-Q. Azimuthal motion, reorientation, cessation, and reversal of the large-scale circulation in turbulent thermal convection: A comparative study in aspect ratio one and one-half geometries // Phys. Rev. E. - 2008. - V. 78, N. 3. - 036326. DOI
23. Sugiyama K., Ni R., Stevens R.J.A.M., Chan T.S. et al. Flow reversals in thermally driven turbulence // Phys. Rev. Lett. - 2010. - V. 105, N. 3. - 034503. DOI
24. Lubimov D.V., Putin G.F., Cernatynskij V.I. O konvektivnyh dvizeniah v acejke Hele-Sou // DAN SSSR. - 1977. - T. 235, No 3. - S. 554-556.
25. Barannikov V.A., Frik P.G., Sajdurov V.G. Spektral’nye harakteristiki dvumernoj turbulentnoj konvekcii v vertikal’noj seli // PMTF. - 1988. - No 2. - S. 42-46.
26. Aristov S.N., Frik P.G. Krupnomasstabnaa turbulentnost’ v konvekcii Relea-Benara // Izvestia AN SSSR. MZG. - 1989. - No 5. - C. 43-48.
27. Celani A., Matsumoto T., Mazzino A., Vergassola M. Scaling and universality in turbulent convection // Phys. Rev. Lett. - 2002. - V. 88, N. 5. - 054503. DOI
28. Seychelles F., Ingremeau F., Pradere C., Kellay H. From intermittent to nonintermittent behavior in two dimensional thermal convection in a soap bubble // Phys. Rev. Lett. - 2010. - V. 105, N. 26. - 264502. DOI
29. Bogatyrev G.P., Gilev V.G., Zimin V.D. Prostranstvenno-vremennye spektry stohasticeskih kolebanij v gidrodinamiceskih sistemah // Pis’ma v ZETF. - 1980. - T. 32, No 3. - S. 229-232.
30. Barannikov V.A., Bogatyrev G.P., Zimin V.D., i dr. Zakonomernosti ceredovania pikov v spektrah stohasticeskih kolebanij gidrodinamiceskih sistem: Prepr. / In-t mehaniki splosnyh sred. - Sverdlovsk, UNC AN SSSR, 1982. - 32 s.
31. Smagorinsky J. General Circulation Experiments with the Primitive Equations. I. The basic experiment // Mon. Wea. Rev. - 1963. - V. 91, N.3. - P. 99-164. DOI
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2012 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
