Численное исследование естественной конвекции в кольцевом канале с подвижным внутренним цилиндром - Нарыгин, Эдуард Игоревич; Зубков, Павел Тихонович (Вычислительная механика сплошных сред, 2025)
Численно исследуется естественная конвекция вязкой несжимаемой жидкости, заполняющей весь объем бесконечного горизонтального кольцевого канала. Конвекция вызвана перепадом температуры на внешней границе канала и может стать причиной вращения внутреннего цилиндра вокруг своей оси. Предполагается, что трением на оси вращения можно пренебречь. В качестве математической модели термоконвекции использовано приближение Буссинеска. Для численного решения задачи применен алгоритм SIMPLER. Уравнение движения внутреннего цилиндра получено из закона сохранения момента импульса. Выбор метода численного интегрирования уравнения движения внутреннего цилиндра не сказывается на результате. Проанализировано влияние безразмерных параметров на структуру течения и угловую скорость внутреннего цилиндра. Безразмерные параметры изменялись в пределах: число Грасгофа 103...2·105, число Прандтля 0.5...15, безразмерная теплопроводность 0...∞, радиус внутреннего цилиндра 0.05...0.9. Расчеты показали, что структура течения обуславливает величину угловой скорости внутреннего цилиндра, которая достигает максимума при одноячеечном течении и минимальном радиусе внутреннего цилиндра. С ростом числа Грасгофа максимально возможная скорость вращения внутреннего цилиндра монотонно растет и реализуется при больших внутренних радиусах. Число Прандтля оказывает противоположное влияние на скорость вращения цилиндра. При его снижении угловая скорость увеличивается и становится экстремальной при меньших значениях радиуса. Увеличение теплопроводности внутреннего цилиндра приводит к росту угловой скорости, но максимум получается при меньшем внутреннем радиусе. Влияние рассмотренных параметров на угловую скорость обуславливается изменением структуры течения в канале. Установленные результаты могут быть полезны при разработке технических устройств, в которых имеет место кольцевой канал с вращающимся внутренним цилиндром.