Двухфазное течение в узком кольцевом канале между неподвижным и вращающимся цилиндрами

И.В. Моренко

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН, г. Казань, 420111, Россия

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2541-7746.2021.2.143-152

Для цитирования: Моренко И.В. Двухфазное течение в узком кольцевом канале между неподвижным и вращающимся цилиндрами // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2021. – Т. 163, кн. 2. – С. 143–152. – doi: 10.26907/2541-7746.2021.2.143-152.

For citation: Morenko I.V. Two-phase flow in a narrow annular channel between stationary and rotating cylinders. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2021, vol. 163, no. 2, pp. 143–152. doi: 10.26907/2541-7746.2021.2.143-152. (In Russian)

Аннотация

Приведены результаты численного исследования двухфазного пространственного течения в канале между соосными цилиндрами, которое возникает из-за осевого перепада давления и вращения внутреннего цилиндра. Для решения системы уравнений Навье - Стокса использован метод конечных объемов на структурированной сетке с локальным измельчением. Расчеты выполнены с помощью программного комплекса OpenFOAM. Выполнен анализ структуры потока и распределения газовой фазы в кольцевом канале в зависимости от скорости вращения внутреннего цилиндра. Добавление газовой фазы в поток жидкости приводит к возникновению осцилляций крутящего момента и увеличению его среднего значения.

Ключевые слова: двухфазное течение, кольцевой канал, крутящий момент

Литература

1. Серов А.Ф., Мамонов В.Н., Назаров А.Д. Энергетика пульсаций течения Куэтта – Тейлора в зазорах оппозитных многоцилиндровых роторов // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2017. – Т. 159, кн. 3. – С. 364–373.
2. Zhao J., Liu G., Li B. Two-phase flow patterns in a square mini-channel // J. Therm. Sci. – 2004. – V. 13. –P. 174–178. – doi: 10.1007/s11630-004-0028-1.
3. Yang Ch.-Y., Shieh Ch.-Ch. Flow pattern of air-water and two-phase R-134a in small circular tubes // Int. J. Multiphase Flow. – 2001. – V. 27, No 7. – P. 1163–177. – doi: 10.1016/S0301-9322(00)00070-7.
4. Hubacz R., Wron´ski S. Horizontal Couette–Taylor flow in a two-phase gas–liquid system: Flow patterns // Exp. Therm. Fluid Sci. – 2004. – V. 28, No 5. – P. 457–466. – doi: 10.1016/j.expthermflusci.2003.07.004.
5. Hubacz R. Classification of flow regimes in gas-liquid horizontal Couette–Taylor flow using dimensionless criteria // J. Hydrodyn. – 2015. – V. 27, No 5. – P. 773–781. – doi: 10.1016/S1001-6058(15)60539-X.
6. Morenko I.V. Numerical simulation of laminar Taylor–Couette flow // Lobachevskii J. Math. – 2020. – V. 41, No 7. – P. 1255–1260. – doi: 10.1134/S199508022007029X.
7. Morenko I.V. Viscous fluid flow in a wide annular gap of two rotating coaxial cylinders // J. Phys.: Conf. Ser. – 2020. – V. 1588. – Art. 012034, P. 1–4. – doi: 10.1088/1742-6596/1588/1/012034.
8. Моренко И.В. Особенности течения вязкой жидкости в узком кольцевом канале между неподвижным внешним и вращающимся внутренним цилиндрами // Материалы Всерос. науч. конф. с междунар. участием «Актуальные проблемы механики сплошной среды». – Казань: Изд-во Академии наук РТ. – 2020. – С. 287–291.
9. Hirt C.W., Nichols B.D. Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries // J. Comput. Phys. – 1981. – V. 39, No 1. – P. 201–225. – doi: 10.1016/0021-9991(81)90145-5.
10. Taylor G.I. Stability of viscous liquid contained between rotating cylinders // Philos. Trans. R. Soc. L. – 1923. – V. 223. – P. 289–343.
11. Fokoua G., Gabillet C., Aubert A., Colin C. Effect of bubble’s arrangement on the viscous torque in bubbly Taylor–Couette flow // Phys. Fluids. – 2015. – V. 27, No 3. – Art. 034105, P. 1–34. – doi: 10.1063/1.4915071.
12. Kaneda M., Tagawa T., Noir J., Aurnou J.M. Variations in driving torque in Couette– Taylor flow subject to a vertical magnetic field // J. Phys.: Conf. Ser. – 2005. – V. 14. – P. 42–47. – doi: 10.1088/1742-6596/14/1/006.

Поступила в редакцию

12.11.2020

Моренко Ирина Вениаминовна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН

ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: morenko@imm.knc.ru

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.