Моделирование турбулентных течений в цилиндрическом зазоре с эксцентриситетом и вращением внутреннего цилиндра

Систематически изучены установившиеся турбулентные течения ньютоновской жидкости в эксцентричном зазоре между двумя цилиндрами с возможным вращением внутреннего цилиндра. Моделирование проводилось на основе модели переноса касательных напряжений Ментера в широком диапазоне чисел Рейнольдса, отношений радиусов и эксцентриситета. Получены данные о зависимости поля течения и падения давления вдоль канала от эксцентриситета, расхода жидкости и вращения внутреннего цилиндра в широком диапазоне параметров. Показано, что характеристики течения определяются тем, какое течение – напорное или вращательное – доминирует и обусловливает генерацию турбулентности. При доминировании вращательного течения перепад давления зависит от расхода практически линейно. При доминировании аксиального течения вращение практически не влияет на перепад давления в случае концентричного канала. Развитие возвратного течения в канале с эксцентриситетом имеет определяющее влияние на перепад давления. В случае, когда доминирует вращательное течение, образование возвратного течения сопровождается пороговым перестроением течения при некотором критическом значении эксцентриситета. Для случая концентрических цилиндров построена корреляция, позволяющая с высокой точностью определять падение давления в канале в различных режимах течения.

Ключевые слова:
турбулентное течение, кольцевой зазор, эксцентриситет, ньютоновская жидкость, вращающийся внутренний цилиндр, падение давления
Благодарности:
Авторы признательны А. А. Гаврилову за многочисленные стимулирующие обсуждения
УДК 519.6: 532.542

Моделирование турбулентных течений в цилиндрическом зазоре с эксцентриситетом и вращением внутреннего цилиндра