Fluid DynamicsFluid DynamicsИзвестия Российской академии наук. Механика жидкости и газа1024-70843034-5340The Russian Academy of Sciences67253110.31857/S0568528122600473AINMZAArticlesСтатьиUnknownNumerical Simulation of Turbulent Flow ControlЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫМ ПОТОКОМ НА ВХОДЕ В ТРУБУ С ЦЕЛЬЮ ЛАМИНАРИЗАЦИИ ТЕЧЕНИЯLushchikV. G.ЛущикВ. Г.vgl_41@mail.ruMakarovaM. S.МакароваМ. С.april27_86@mail.ruReshminA. I.РешминА. И.alexreshmin@rambler.ruMoscow State University, Institute of MechanicsМГУ им. М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский институт механики010120231819627022025Copyright ©; 2023, В.Г. Лущик, М.С. Макарова, А.И. РешминCopyright ©; 2023, В.Г. Лущик, М.С. Макарова, А.И. Решмин2023В.Г. Лущик, М.С. Макарова, А.И. РешминВ.Г. Лущик, М.С. Макарова, А.И. Решминhttps://journals.eco-vector.com/1024-7084/article/view/672531

Various methods of flow relaminarization in a pipe are considered by means of controlling the average and turbulent flow parameters. For numerical simulation of flows with turbulence growth and suppression it is proposed to use a three-parameter RANS turbulence model, which has shown good results in modeling existing experiments on relaminarization. Calculations for three variants of inlet devices with different velocity profiles and the same small-scale turbulence at the inlet show the possibility of achieving flow relaminarization in pipes at Reynolds numbers Re > 10000. Among three variants of inlet devices considered, the most effective one is the variant with organization of a twozone flow with slow flow in the central region of the pipe and accelerated flow in the near-wall region. In this version, relaminarization occurs up to the Reynolds number Re* = 16000. It is shown that decrease in the turbulence intensity and scale leads to an even larger value of the relaminarization Reynolds number Re*.

Рассмотрены различные способы ламинаризации течения в трубе путем управления осредненными и турбулентными параметрами течения. Для численного моделирования течений с нарастанием и вырождением турбулентности предлагается использовать трехпараметрическую RANS-модель турбулентности, показавшую хорошие результаты при моделировании существующих экспериментов по ламинаризации. Расчеты для трех вариантов входных устройств с разными профилями скоростей и одинаковой мелкомасштабной турбулентностью на входе показывают возможность достижения ламинаризации течения в трубах при числах Рейнольдса Re > 10 000. Из трех рассмотренных вариантов входных устройств наиболее эффективным является вариант с организацией коаксиального течения с меньшей скоростью в центральной области и большей в пристеночной области. В такой конфигурации ламинаризация происходит вплоть до числа Рейнольдса Re* = 16 000. Показано, что в этом случае уменьшение интенсивности турбулентности и ее масштаба приводит к еще большему значению Re*.

RANS-turbulence modelpiperelaminarizationentry devicesRANS-модель турбулентноститрубаламинаризациявходное устройствоKühnen J., Scarselli D., Schaner M., Hof B. Relaminarization by steady modification of the streamwise velocity profile in a pipe // Flow Turbulence Combust. 2018. № 100. P. 919–943.Scarselli D., Kühnen J., Hof B. Relaminarising pipe flow by wall movement // J. Fluid Mech. 2019. Vol. 867. P. 934–948.Kühnen J., Song B., Scarselli D., Budanur N.B., Riedl M., Willis A.P., Avila M., Hof B. Destabilizing turbulence in pipe flow // Nat. Phys. 2018. V. 14. P. 386–390.Laws E.M., Livesey J.L. Flow through screens // Annu. Rev. Fluid Mech. 1978. V. 10. №1. P. 247–266.Lumley J.L., McMahon J.F. Reducing water tunnel turbulence by means of a honeycomb // J. Fluids Eng. 1967. V. 89. № 4. P. 764–770.Навознов О.И., Павельев А.А. О переходе к турбулентности в спутных струях // Изв. АН СССР. МЖГ. 1969. № 6. С. 131–136. = Navoznov O.I., Pavel’ev A.A. Transition to turbulence in coflowing jets // Fluid Dyn. 1969. V. 4. P. 84–88.Навознов О.И., Павельев А.А., Яценко А.В. О переходе к турбулентности в затопленных и спутных струях // Изв. АН СССР. МЖГ. 1972. № 4. С. 148–154. = Navoznov O.I., Paveliev A.A., Yatsenko A.V. The transition to turbulence in submerged jets and wakes // Fluid Dyn. 1972. V. 7. № 4. P. 672–678.Навознов О.И., Павельев А.А. Влияние начальных условий на течение осесимметричных спутных струй // Изв. АН СССР. МЖГ. 1980. № 4. С. 18–24. = Navoznov O.I., Pavel’ev A.A. Influence of the initial conditions on axisymmetric jets in a parallel flow // Fluid Dyn. 1980. V. 15. P. 488–493.Коляда В.В., Павельев А.А. Влияние профиля скорости на входе в круглую трубу на переход к турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1986. № 4. С. 166–169. = Kolyada V.V., Pavel’ev A.A. Effect of the velocity profile at the inlet to a circular pipe on the transition to turbulence // Fluid Dyn. 1986. V. 21. P. 650–653.Kühnen J., Scarselli D., Hof B. Relaminarization of Pipe Flow by Means of 3D-Printed Shaped Honeycombs // J. Fluids Eng. 2019. V. 141. № 11. 111105.Зайко Ю.С., Решмин А.И., Тепловодский С.Х., Чичерина А.Д. Исследование затопленных струй с увеличенной длиной начального ламинарного участка // Изв. РАН. МЖГ. 2018. № 1, С. 97–106. = Zaiko Y.S., Reshmin A.I., Teplovodskii S.K., Chicherina A.D. Investigation of Submerged Jets with an Extended Initial Laminar Region // Fluid Dyn. 2018. V. 53. P. 95–104.Zaiko Y.S., Teplovodskii S.K., Chicherina A.D., Vedeneev V.V., Reshmin A.I. Formation of free round jets with long laminar regions at large Reynolds numbers // Phys. Fluids. 2018. V. 30. No 4. 043603.Решмин А.И., Трифонов В.В., Тепловодский С.Х. Круглый короткий диффузор с большой степенью расширения и проницаемой перегородкой Изв. РАН. МЖГ. 2012. № 5. С. 32–39. = Reshmin A.I., Teplovodskii S.K., Trifonov V.V. Short round diffuser with a high area ratio and a permeable partition // Fluid Dyn. 2012. V. 47. P. 583–589.Eckhardt B. Introduction. Turbulence transition in pipe flow: 125th anniversary of the publication of Reynolds’ paper // Phil. Trans. R. Soc. A. 2009. V. 367. P. 449–455.Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Управление турбулентными пограничными слоями: результаты экспериментов и расчетные модели. Сб. Механика и научно-технический прогресс. Т. 2. Механика жидкости и газа, М.: Наука, 1987. С. 67–89. = Lushchik V.G., Pavel’ev A.A., Yakubenko A.E. Turbulent boundary layer control: experimental data and theoretical models. Mechanical engineering and applied mechanics. 2 (Fluid mech.). 1987. P. 61–82.Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Турбулентные течения. Модели и численные исследования (обзор) // Изв. РАН. МЖГ. 1994. № 4. С. 4–27. = Lushchik V.G., Pavel’ev A.A., Yakubenko A.E. Turbulent flows. Models and numerical investigation. A review // Fluid Dyn. 1994. V. 29. № 4. P. 440–457.Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель сдвиговой турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1978. № 3. С. 13–25. = Lushchik V.G., Pavel’ev A.A., Yakubenko A.E. Three-parameter model of shear turbulence // Fluid Dynamics. 1978. V. 13. № 3. P. 350–360.)Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Макарова М.С. Численное исследование течения в трубе с отсосом газа через проницаемые стенки // Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 3. С. 74–81. = Leont’ev A.I., Lushchik V.G., Makarova M.S. Numerical investigation of tube flow with suction through permeable walls // Fluid Dyn. 2014. V. 49. P. 362–368.Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Ламинаризация потока при течении с теплообменом в плоском канале с конфузором // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 1. С. 68–77. = Lushchik V.G., Makarova M.S., Reshmin A.I. Laminarization of Flow with Heat Transfer in a Plane Channel with a Confuser // Fluid Dyn. 2019. V. 54. P. 67–76.Makarova M.S., Lushchik V.G. Numerical simulation of turbulent flow and heat transfer in tube under injection of gas through permeable walls // J. Phys. Conf. Ser. 2017. V. 891. № 012066.Лиознов Г.Л., Лущик В.Г., Макарова М.С., Якубенко А.Е. Влияние турбулентности набегающего потока на течение и теплообмен в пограничном слое на пластине // Изв. РАН. МЖГ. 2012. № 5. С. 40–42. = Lioznov G.L., Lushchik V.G., Makarova M.S., Yakubenko A.E. Freestream turbulence effect on flow and heat transfer in the flat-plate boundary layer. Fluid Dyn. 2012. V. 47. P. 590–592.Никитин Н.В., Павельев А.А. Турбулентные течения в канале с проницаемыми стенками. Результаты прямого численного моделирования и трехпараметрической модели Изв. РАН. МЖГ. 1998. № 6. С. 18–26. = Nikitin N.V., Pavel’ev A.A. Turbulent flow in a channel with permeable walls. Direct numerical simulation and results of three-parameter model // Fluid Dyn. 1998. Vol. 33. P. 826–832.Reshmin A.I., Trifonov V. V., Teplovodskii S.K., 2014. Turbulent Flow in a Conical Diffuser With a Small Divergence Angle at Reynolds Numbers Less Than 2000, in: Volume 1C, Symposia: Fundamental Issues and Perspectives in Fluid Mechanics; Industrial and Environmental Applications of Fluid Mechanics; Issues and Perspectives in Automotive Flows; Gas-Solid Flows: Dedicated to the Memory of Professor Clayton T. Crowe; American Society of Mechanical Engineers.Павельев А.А., Решмин А.И. Переход к турбулентности на начальном участке круглой трубы // Изв. РАН. МЖГ. 2001. № 4. С. 113–121. = Pavelyev A.A., Reshmin A.I. Turbulent transition in the inlet region of a circular pipe // Fluid Dyn. 2001. V. 36. P. 626–633.