Численное моделирование двухспиральной вихревой структуры в тангенциальной камере

Закрученные потоки широко распространены в промышленных установках, поэтому их динамика представляет значительный интерес для исследований. Для изучения эффектов в вихревых течениях используются различные модельные установки, как, например, тангенциальная вихревая камера, прототипом которой является тангенциальная топка. В экспериментальных работах в тангенциальной камере наблюдали различные режимы закрученного течения, в том числе и стационарный (неподвижный) двойной спиральный вихрь. Текущее исследование сосредоточено на численном моделировании течения в модернизированной тангенциальной вихревой камере с формированием вращающейся (прецессирующей) двухспиральной вихревой структуры. Для численного моделирования нестационарного турбулентного вихревого течения несжимаемой жидкости была построена модель на основе методов вычислительной гидродинамики. Дискретизация осуществлялась методом контрольного объема на гекса-эдральной сетке с разрешением пристеночного слоя. Моделирование турбулентности основывалось на методе LES.

Один оборот вращения двухспиральной вихревой структуры (визуализация изоповерхностью давления)

Впервые расчетным путем была получена прецессирующая крупномасштабная двухспиральная вихревая структура в тангенциальной камере. Результаты численного моделирования продемонстрировали хорошее соответствие эксперименту, включая карту режимов и поле течения. Расчеты показывают, что при конструктивном числе закрутки S = 6 в течении проявляются как односпиральный прецессирующий вихрь, так и двухспиральная структура. При увеличении числа закрутки S = 9 двухспиральная структура становится доминирующей. Доминирующие частоты пульсаций давления соответствуют удвоенной частоте прецессии двухспиральной вихревой структуры. Далее, при ещё большем увеличении числа закрутки S = 18 двухспиральная структура становится менее ста-бильной. При этом двойной вихрь не остается полностью симметричным. В процессе вращения структуры меняется расстояние между вихрями, между ними перераспределяется закрутка.

Руководитель работы – д. ф.-м. н. Шторк С.И., тел. +7 (383) 333-10-94.