Рис.1. Геометрия расчетной области
О.Н. Аликина, Е.Л. Тарунин
г. Пермь, Пермский ГУ
Эффект Ранка широко известен. Он выражается в разделении закрученного потока газа на два, один из которых - центральный - имеет температуру ниже температуры входящего потока, другой - периферийный - соответственно - выше [1]. Ранк обнаружил эффект в 1931г. но до сих эффект и связанные с ним явления энергоразделения привлекают внимание исследователей [2]. Полное описание процессов в вихревых аппаратах должно основываться на уравнениях движения и переноса тепла сжимаемым газом. Вихревые аппараты прельщают своей простотой и широко используются в технике не только как разделители, но и как вакуум-насосы, осушители, сепараторы. При всех своих достоинствах вихревые трубки имеют большой недостаток - низкий коэффициент полезного действия. Поэтому работы в области поиска оптимальных параметров особенно актуальны.
Работа является продолжением [3], в которой использовалась упрощенную модель - сжимаемость газа учитывалась только при вычислении температуры. Решение задачи находится из решения полных уравнений Навье-Стокса (течение полагается осесимметричным). По сравнению с [3] рассматривается расширенная область на выходах вихревой трубки. Вычисления производятся в естественных переменных. Используемые разностные схемы используют аппроксимацию против потока и позволяют получить устойчивое решение. Геометрия расчетной области приведена на рис.1. Как видно область имеет большое число геометрических параметров - длина вихревой трубки L=L4-L1, длина выхода диафрагмы L1, ширина входного потока (L3-L2), длина дросселя (L-L4), радиус диафрагмы R1, внутренний радиус дросселя R2, радиус самой трубки R и многие другие.
Результаты вычислений показывают, что вблизи входа закрученного потока образуется вихревая зона. Необходимо отметить, что существование этой зоны признано спорным в литературе. Выяснено, что пограничный слой для азимутальной компоненты скорости требует сетки с большим числом узлов по радиусу.
Работа поддержана грантом РФФИ № 99-01-01281.
Литература:
