МОДЕЛЮВАННЯ ГАЗОПОДІБНОЇ КАВЕРНИ В ПОТОЦІ РІДИНИ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2222-0631.2023.01.19Ключові слова:
вимушена кавітація, чисельне моделювання, Volume of Fluid, двофазний потік, порожнина, OpenFOAM, SALOME, стисливе середовище, snappyHexMeshАнотація
У роботi розглядається формування вентильоіваної каверни в потоці рідини за обтічним тілом, яке являє собою дисковий кавітатор. Чисельне моделювання двофазного середовища базується на методi Volume of Fluid (VOF). Визначальна система рiвнянь для сумiшi вода-повiтря складається з рiвняння Нав’є-Стокса, неперервностi, збереження енергiї та дифузiї, рівнянь стану (рівняня ідеального газу, наближення Буссінеска для повітря та води відповідно). Ця система замикається моделлю турбулентності Самагоринського (модель великих вихорів). Геометрію стоверено у відповідності до експериментального кавітатора за допомогою відкритого пакету SALOME. Проведено розрахунки нестаціонарної задачі двофазної течiї двох стисливих середовищ без фазового переходу з використанням чисельної моделі compressibleInterFoam відкритого пакету прикладних програм OpenFOAM. Розрахункова сітка будувалася методом вирізання геометрії з розрахонкової області та поетапного згущення біля обтічного тіла утілітою snappyHexMesh. Представлено результати розрахунків формування повітряної порожнини за дисковим кавітатором. Досліджено вплив таких параметрів, як: швидкість вдуву повітря, швидкість потоку води на формування повітряної порожнини, її розмір, форму та стійкість. Запропоновано апроксимаційну залежність, що описує основні параметри системи. Проведено аналіз отриманих результатів та порівняння з експериментальними даними. Наведені перспективи подальших досліджень, пов’язані з розробкою трьохфазної чисельної моделі за допомогою відкритих пакетів прикладних програм для врахування природної кавтіації.
Посилання
Nesteruk I. Supercavitation: Advances and Perspectives. A collection dedicated to the 70th jubilee of Yu. N. Savchenko. Springer-Verlag, 2012. 230 p.
Ahn B.-K. An experimental investigation of artificial supercavitation generated by air injection behind disk-shaped cavitators. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering. 2017, vol. 9, issue 2, pp. 227–237. https://doi.org/10.1016/j.ijnaoe.2016.10.006
Carpenter, Jitendra, Badve, Mandar, Rajoriya, Sunil, George, Suja, Saharan, Virendra Kumar and Pandit, Aniruddha B.. Hydrodynamic cavitation: an emerging technology for the intensification of various chemical and physical processes in a chemical process industry. Reviews in Chemical Engineering. 2017, vol. 33, no. 5, pp. 433-468. https://doi.org/10.1515/revce-2016-0032.
Voropaev G. O., Korobov V. I., Dimitrieva N. F. Modelyuvanya ventylyovanoyi kaverny za obtichnym tilom [Modeling of a ventilated cavity behind a streamlined body]. Zhurnal obchyslyuval'noyi ta prykladnoyi matematyky [Journal of computational and applied mathematics]. 2021, vol. 8, no. 1, pp. 73–78.
Scheuflera H., Roenbyb J. TwoPhaseFlow: An OpenFOAM based framework for development of two-phase flow solvers. Available at: https://arxiv.org/pdf/2103.00870.pdf. Accessed: 20 March 2023.
Haider J. Numerical Modelling of Evaporation and Condensation Phenomena. Master of Science Thesis. Universität Stuttgart, Germany and UPC BarcelonaTech, Spain, 2011-2013.
Savio A., Cianferra M., Armenio V. Analysis of Performance of Cavitation Models with Analytically Calculated Coefficients. Energies. 2021, vol. 14, issue 19, 6425. https://doi.org/10.3390/en14196425.
Volkov K. N., Emelyanov V. Modelirovanie krupnykh vikhrey v raschetakh turbulentnykh techeniy [Modeling of large eddies in turbulent flow]. Ed. Yarunin V. 1-st ed. PHYSMATHLIT Publ., 2008. 368 p.
Voropaev G. O.Vyazkoe vovlechenie gaza v ventiliruemoy kaverne zadannoy formy [Viscous entrainment of gas in a ventilated cavity of the prescribed shape]. Prikladnaya gydromekhanika [Applied hydromechanics]. 2013, vol. 15, no. 1, p. 10–23.
Koval S. O., Dimitrieva N. F., Voropaiev G. O. Calculation of a Ventilated Cavity in OpenFOAM. In Proc. Topical Problems of Fluid Mechanics. Prague, 2023. p. 88–95. https://doi.org/10.14311/TPFM.2023.013.
