ИСТИНА

Обнаруженное влияние изменение геометрии канала на характеристики турбулентности вызвало интерес к использованию этого эффекта. Численно и экспериментально [1, 2] исследованы турбулентные характеристики в плоских и круглых расширяющихся и сужающихся каналах, соответственно для увеличения и подавления турбулентности. По сравнению с потоками в плоских и круглых каналах поток в кольцевых каналах более разнообразен. При постоянном расходе и температуре число Рейнольдса оказывается постоянным для плоского канала, обратно пропорциональным диаметру для круглого канала и обратно пропорциональным сумме внутреннего и наружного диаметров для кольцевого канала. В плоском канале изменение угла раскрытия однозначно изменяет среднюю скорость, а в круглом канале - среднюю скорость и число Рейнольдса. В кольцевом канале угол раскрытия не определяет изменение числа Рейнольдса. Число Рейнольдса может оставаться постоянным, если углы наклона стенок равны и противоположны по знаку. С другой стороны, при изменении числа Рейнольдса средняя скорость потока может оставаться постоянной. При расширении канала за счет внутренней стенки число Рейнольдса увеличивается, а за счет внешней стенки уменьшается. Задача рассматривалась в следующей постановке. На входном участке длиной L1 с постоянными диаметрами стенок D1 и D2, и высотой канала h1 устанавливается развитое турбулентное течение. Далее следует основной участок с изменением диаметров канала длиной Ld и выпускная секция постоянного поперечного сечения с диаметрами, равными диаметрам на выходе из основной секции. Расчетная схема Турбулентные характеристики потока в кольцевом канале пере-менного сечения численно исследуются с использованием трехпараметрической дифференциальной модели турбулентности [3]. При числе Рейнольдса Re = 5000 в канале с начальными радиусами 20 и 40 мм и длиной диффузорной части 500 мм уменьшение высоты канала при симметричном наклоне стенок внутрь канала на 0.75 происходит ламинаризация потока. Поджатие канала за счет внешней стенки, наклоненной на 1.5, также вызывает ламинаризацию потока, хотя число Рейнольдса возрастает до 5600. При таком же поджатии потока за счет внутренней стенки и уменьшении при этом числа Рейнольдса ламинаризации не происходит. Расчеты показали, что при линейном по длине канала изменении радиусов стенок максимальный по абсолютной величине отрицатель-ный продольный градиент давления получается при наибольшем сужении канала и оказывается на порядок больше градиента, устанавливающегося в выходной секции канала. При этом в начале конической части канала давление меняется слабо. Для получения такого течения разработана методика расчета формы канала по заданному изменению числа Рейнольдса и градиента давления по длине канала. Расчет течения при таком изменении по длине диаметров стенок канала, что число Рейнольдса не изменяется, а градиент давления в основной секции постоянен и равен заданному, показал более эффективное подавление турбулентности, чем при линейном по длине изменении диаметров. При этом, однако, диаметры канала очень сильно изменяются в начале основной секции. Наилучшее подавление турбулентности отмечено при течении в канале с такой основной секцией, где градиент давления не постоянен, а меняется от значения на выходе входного участка до задаваемого на выходе основной секции. При этом вид зависимости градиента давления и числа Рейнольдса от длины может варьироваться. Работа выполнена за счёт гранта РНФ (проект № 20-19-00404).