Numerical simulation of turbulent heat and momentum transport in rotating cavity

• Autorzy: Tuliszka-Sznitko E. , Majchrowski W. , Kiełczewski K.

Warianty tytułu

PL

Numeryczna symulacja transportu ciepła i pędu w konfiguracjach wirujących

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper gives the results of the Direct Numerical Simulation (DNS) and Large Eddy simulation (LES) which were performed to investigate the 3D transitional non-isothermal flows within a rotor/stator cavity. A Lagrangean version of the dynamic Smagorinsky eddy viscosity model was used. Computations were performed for the cavity of the aspect ratio L=3.0-5.0, curvature parameters Rm=1.8-5.0, for the Reynolds number Re=(1.0-2.5)10⁵ and for defferent Prandtl numbers. The results were obtained for coupled momentum and thermal transport in the rotor/stator cavity flows. The obtained distributions of the turbulent heat flux tensor components, the Reynolds stress tensor components, the turbulent Prandtl numer and other structural parameters coincide with the experimental data (published in the literature).

PL

W atykule przedstawiono wyniki symulacji przepływu (z wymianą ciepła) w obszarze pomiędzy stojanem i wirnikiem oraz dwoma pierścieniami uzyskane z zastosowaniem metod DNS i LES. Badania przeprowadzono dla rozciagłości obszaru L=3.0-5.0 oraz dla współczynnika krzywizny Rm=1.8-5.0. Badano struktury niestabilnościowe występujące w warstwie przyściennej wirnika i stojana oraz profile osiowe naprężeń reynoldsowskich, fluktuacji temperatury, turbulentnej liczby Prandtla, profile parametrów strukturalnych i korelacyjnych. Obliczenia przeprowadzono dla różnych liczb Reynoldsa i Prandtla. Uzyskane rozwiązania porównano z wynikami badań eksperymentalnych Elkinsa i Eatona (2000) uzyskanymi podczas badania przepływu wokół pojedynczego wirującego dysku podgrzewanego jednorodnym strumieniem. Rezultaty badań porównywano również z wynikami uzyskanymi dla dwuwymiarowych turbulentnych warstw przyściennych.

Słowa kluczowe

EN

laminar-turbulent transition; rotating cavites; LES; DNS

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 49 nr 4
• Strony: 1217--1232
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Tuliszka-Sznitko E.

autor

Majchrowski W.

autor

Kiełczewski K.

• Poznań Uniwersity of Technology, Instutute of Thermal Engineering, Poznań, Poland,

Bibliografia

• 1. Andersson H.I., Lygren M., 2006, LES of open rotor-stator flow, Int. J. Heat Fluid Flow, 27, 4, 551-557
• 2. Blair M.F., Bennett J.C., 1987, Hot-wire measurements of velocity and temperature fluctuations in a heated turbulent boundary layer, J. Phys. E: Sci. Instrum, 20, 209
• 3. Elkins C.J., Eaton J.K., 2000, Turbulent heat and momentum transport on a rotating disk, J. Fluid Mech., 402, 225-253
• 4. Gauthier G., Gondret P., Moisy F., Rabaud M., 2002, Instabilities in the flow between co- and counter-rotating disks, J. Fluid Mech., 473, 1-21
• 5. Kays W.M., Crawford M.E., 1980, Convective Heat and Mass Transfer, McGraw-Hill
• 6. Kunnen R., Geurts B., Clercs H., 2005, Direct numerical simulation of turbulent rotating Rayleigh-B´enard convection, Direct and Large Eddy Simulation VI, 233-240
• 7. Lygren M., Andersson H.I., 2004, Large eddy simulations of the turbulent flow between a rotating and a stationary disk, ZAMP, 55, 268
• 8. Meneveau C., Lund T.S., Cabot W.H., 1996, A Lagrangian dynamic subgrig-scale model of turbulence, J. Fluid Mech., 319, 353-385
• 9. Moisy F., Doar´e O., Pasutto T., Daube O., Rabaud M., 2004, Experimental and numerical study of the shear layer instability between two counter-rotating disks, J. Fluid Mech., 507, 175-202
• 10. Pell´e J., Harmand S., 2007, Heat transfer measurements in an opened rotorstator system air-gap, Exp. Therm. Fluid Sci., 31, 165-180
• 11. Randriamampianina A., Bontoux P., Roux B., 1987, Ecoulements induits par la force gravifique dans une cavit´e cylindrique en rotation, Int. J. Heat Mass Transfer, 30, 7, 1275-1292
• 12. Serre E., Pulicani J.P., 2001, A three-dimensional pseudospectral method for rotating flows in a cylinder, Computers and Fluids, 30, 4, 491-510
• 13. Serre E., Tuliszka-Sznitko E., Bontoux P., 2004, Coupled numerical and theoretical study of the transition flow between a rotating and stationary disk, Phys. Fluids, 16, 3, 688-707
• 14. S´everac E., Serre E., 2007, A spectral viscosity LES for the simulation of turbulent flows within rotating cavities, J. Comp. Phys., 226, 2, 1234-1255
• 15. Tuliszka-Sznitko E., Serre E., Bontoux P., 2002, On the nature of the boundary layers instabilities in a flow between a rotating and a stationary disc, C.R. Acad. Sci. Paris II B – Mech., 330, 2, 91-99
• 16. Tuliszka-Sznitko E., Zielinski A., 2008, DNS/LES of transitional flow in rotating cavity, Int. J. Transport Phenomena, 10, 3, 223-234
• 17. Tuliszka-Sznitko E., Zielinski A., Majchrowski W., 2009a, LES and DNS of the non-isothermal transitional flow in rotating cavity, Int. J. Heat and Fluid Flow, 30, 3, 534-548
• 18. Tuliszka-Sznitko E., Zielinski A., Majchrowski W., 2009b, Large Eddy Simulation of transitional flows in rotor/stator cavity, Archives Mech., 61, 2, 93-118
• 19. Tuliszka-Sznitko E., Zieliński A., Majchrowski W., 2010, LES of the non-isothermal flow in rotating cavity, Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design, 111, Progress in Hybrid RANS-LES Modelling, ed. Haase, Doerffer, Shia-Hui, Springer-Verlag, 283-292
• 20. Wroblewski D.E., Eibeck P.A., 1990, An experimental investigation of turbulent heat transport in a boundary layer with an embedded streamwise vortex, PhD Thesis, University of California at Berkeley, Mechanical Engineering Department