Modelování smykového napětí a tlaku působících na zvlněný povrch v kanálech s turbulentním prouděním

Modeling of shear stress and pressure acting on small-amplitude wavy surface in channels with turbulent flow

journal article in Web of Science

en

Simulation results and algebraic models of wall shear stress and pressure forces acting on the wavy surface in channels with turbulent flow are presented in dependence on channel height, ratio of the wavelength to the wave amplitude and bulk velocity. The models have been designed using results of the set of steady numerical simulations computed by k-e V2F turbulence model for various configurations defined by selection of ratio H/L in range from 0.6 to 1.4, steepness ratio L/a in range from 20 to 200 and bulk velocity Ub in range of Reynolds number Re from 3830 to 89366. The applicability of the k-e V2F model is verified by DNS results and derived algebraic models are validated using experimental data and other models. Very good agreement with measurements is observed within a defined range of conditions.

Článek prezentuje výsledky simulací a algebraické modely smykového napětí a tlaku působích na zvlněný povrch v kanálech s turbulentním prouděním. Hodnoty smykového napětí a tlaku jsou vyhodnoceny v závislosti na výšce kanálu H, poměru vlnové délky ku amplitudě vlny L/a a průměrné rychlosti proudění. Modely byly zkonstruovány pomocí výsledků sady stacionárních numerických simulací spočtených pomocí k-e V2F turbulentního modelu pro konfigurace definované poměrem H/L v rozmezí od 0,6 do 1,4, poměrem L/a v rozsahu od 20 do 200 a rychlosti proudění v rozmezí Reynoldsových čísel od 3830 do 89366. Použitelnost k-e V2F modelu byla verifikována daty z DNS simulací a odvozené algebraické modely byly validovány pomocí experimentálních dat a dalších modelů. Velmi dobrá shoda modelů s měřením byla pozorována v definovaném rozsahu podmínek.

Simulation results and algebraic models of wall shear stress and pressure forces acting on the wavy surface in channels with turbulent flow are presented in dependence on channel height, ratio of the wavelength to the wave amplitude and bulk velocity. The models have been designed using results of the set of steady numerical simulations computed by k-e V2F turbulence model for various configurations defined by selection of ratio H/L in range from 0.6 to 1.4, steepness ratio L/a in range from 20 to 200 and bulk velocity Ub in range of Reynolds number Re from 3830 to 89366. The applicability of the k-e V2F model is verified by DNS results and derived algebraic models are validated using experimental data and other models. Very good agreement with measurements is observed within a defined range of conditions.

CFD; turbulentní proudění; zvlněný povrch; smykové napětí

CFD modeling; Turbulent flow; Wavy surface; Wall shear stress

2014

18.01.2014

Elsevier

0307-904X

38

15-16

3929–3944

15