Turbulens áramlás modellezése háromszög elrendezésű csőkötegben

Átírás

1 Turbulens áramlás modellezése háromszög elrendezésű csőkötegben Mayer Gusztáv CFD Workshop 1

2 Tartalom - Vzsgált geometra Motvácó Az áramlás jellemző Saját fejlesztésű kód a probléma vzsgálatára Drekt numerkus szmulácó Nagy örvény szmulácó K-epszlon modell és Reynolds feszültség transzport modell CFD kódokban CFD Workshop 2

3 VVER-440 típusú fűtőelem és távtartó CFD Workshop 3

4 Motvácó Mlyen termohdraulka folyamatok zajlanak le egy üzemanyag kazettában Mt mér egy termoelem egy üzemanyag kazetta fejben? Használhatók a CFD kódok által adott nformácók? Hogyan használjuk a CFD-t? CFD Workshop 4

5 Háromszög elrendezésű csőköteg A vzsgált térfogat Szubcsatorna szakasz Térfogat erő Perodkus peremek CFD Workshop 5

6 Az áramlás jellemző: Reynolds szám (~300,000) Másodlagos áramlás (mérés, analtkus, numerkus megfgyelés) Áramlás pulzácó jelenléte Krauss, Meyer, Nuc. Engneerng and Desgn, 1998 Km, Chung, Nuc. Engneerng and Desgn, CFD Workshop 6

7 Az AEKI-ben kfejlesztett kód Rács Boltzmann módszer Alkalmas a Naver-Stokes egyenletek numerkus megoldására Másodrendű pontosságú módszer Vszonylag könnyen kterjeszthető kétfázsú áramlások vzsgálatára Numerkus kísérletek és analtkus eredmények bzonyítják, hogy turbulens áramlások modellezésére alkalmas (Ház G., Jménez C., 2005, Comp. Fluds; Ház G. 2005, Phys. Rev. E.) CFD Workshop 7

8 Alkalmazott rácsok 3D (egyenközű) Mnden egyes rányhoz tartozk egy eloszlásfüggvény D3Q19 és D3Q CFD Workshop 8

9 f c ( r = + c,t + 1) f ( r,t) = Ω ( f ) ( [( ) ] [( ) ]) cos 1 π 2,sn 1 π 2 ( cos[ ( 5) π 2 + π 4 ],sn[( 5) π 2 + π 4] ) (0,0) Ks Knudsen és Mach számok esetén: rács Boltzmann egyenlet 2 = 0 = 1,2,3,4 = 5,6,7,8 D2Q9 modell esetén f = f + f, ahol f << eq neq neq f eq Az ütközés operátort sorbafejtve az egyensúly eloszlás körül, megkapjuk a ln. Ütk. mátrxot, amely tovább egyszerűsíthető : Ω 1 = ( τ f f,eq ) BGK ütk. op. Bathnagar, 1954 ; Qan 1992; CFD Workshop 9

10 Feltételezve, hogy a sebesség eloszlásunk Maxwell-Boltzmann eloszlás, eljuthatunk az egyensúly eloszlás következő alakjához: ( ) ( ) + + = ρ ρ 2 2 s 2 4 s 2 s,eq u 2c 1 2c 1 c 1 1 t ), ( f u c u c u A Champman Enskog sorfejtést alkalmazva származtathatók a Naver-Stokes egyenletek, amből a vszkoztás értékek adódnak. ( ) f = α ρκ c c 2 1 ( ) = = f u f α α ρ ρ c 3 1 c s = CFD Workshop 10 = τ ν = 2 sρ c p

11 Analtkus eredménnyel történő összehasonlítás állandósult, lamnárs esetben Relatív hba CFD Workshop 11

12 Drekt numerkus szmulácó (DNS) DNS-ben egyáltalán nem használunk modellt Csak ks Re számú áramlást tudunk modellezn A DNS alkalmas az áramlás alapvető tulajdonságanak megsmerésére Hasznos amkor a Re szám effektusok nem jelentősek CFD Workshop 12

13 DNS CFD Workshop 13

14 DNS Az axáls átlagsebesség kontúrja A leteráls sebességek vetítése egy keresztmetszetre CFD Workshop 14

15 DNS W, axáls sebesség komponens egy adott pontban U, lateráls sebesség komponens egy adott pontban CFD Workshop 15

16 DNS szmulácó eredménye Áramlás pulzácó megfgyelhető A másodlagos áramlás megfgyelhető az dőben átlagolt lateráls sebességekben, de nem kaptuk vssza a várt szmmetrát Alacsony Re szám Az átlagolás (vagy a csatorna hossza) nem elég hosszú Úgy tűnk, hogy a másodlagos áramlás a fluktuáló örvényleválások következménye (a leválás pontok nem mozognak a keresztmetszetben hosszabb deg) CFD Workshop 16

17 Nagy örvény szmulácó Nagy Reynolds számú áramlások s modellezhetőek A ks skálákat unverzaltásuk matt egyszerű modellel modellezhetjük Smagornsky modell CFD Workshop 17

18 LES CFD Workshop 18

19 LES Az axáls átlagsebesség kontúrja A leteráls sebességek vetítése egy keresztmetszetre CFD Workshop 19

20 LES W, axáls sebesség komponens egy adott pontban U, lateráls sebesség komponens egy adott pontban CFD Workshop 20

21 A nagy örvény szmulácó eredménye A kalakult struktúrák a nagyobb Re szám matt jóval ksebbek, mnd a DNS szmulácó során. A másodlagos áramlás kmutatható és vsszaadja a várt szmmetrát CFD Workshop 21

22 Kereskedelm CFD kódok használata A Reynolds feszültség transzport modell (RST) képes leírn a másodlagos áramlást. A k-epszlon modell nem írja le (Ház G., Annals of Nucl. Energy, 2005). Az RST modellel végzett előzetes eredmények Re szám függőséget mutatnak CFD Workshop 22

23 Összefoglalva Sajátfejlesztésű kóddal DNS és LES szmulácó háromszög elrendezésű csőkötegre Mnd a DNS mnd a LES szmulácó kmutatta a másodlagos áramlást és az áramlás pulzácót A szmulácós eredmények erős Re szám függőséget mutatnak (szuperkrtkus reaktorokban a Re szám vszonylag alacsony) Részletes összehasonlítás szükséges a mérés adatok és a szmulácó eredménye között CFD Workshop 23

24 Tovább tervek az AEKI-ben PIV mérések elvégzése az AEKI-ben csőkötegre A szmulácók kétfázsú és termodnamka kterjesztése CFD Workshop 24