Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numerical analysis of hydrodynamic forces due to flow instability at lift gate

Kostecki S. W.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2011

|

Vol. 11, no 4

943-961

EN

A numerical method, being a combination of the vortex method and the boundary element method, is used here to predict the two-dimensional flow field in the vicinity of an underflow vertical lift gate. In practice, tunnel-type flat-bottomed lift gates experience strong hydrodynamic loading, due to vortex detachment from the gate bottom edge, and near-wake velocity fluctuations. This paper presents a stream function, and velocity and vorticity distributions for two gate gaps. The vortex detachment mechanism is described and the vortex shedding frequency, expressed as a Strouhal number, is presented. The predicted velocity and vorticity fields are then used to calculate the pressure distribution on the gate surface by the boundary element method. The time histories of the lift and drag coefficients are presented. The proposed numerical method has been validated by the measurements of the downpull coefficient for the flow around the lift gate.

PL

W pracy przedstawiono numeryczną metodę wynikającą z połączenia metody wirów i metody elementów brzegowych do określenia dwuwymiarowego pola prędkości pod zamknięciem zasuwowym. W praktyce, zamknięcia w spustach dennych, pracujące jako ciśnieniowe są poddane silnym obciążeniom dynamicznym, wynikającym z odrywania się wirów od dolnej krawędzi zamknięcia i fluktuacji pola prędkości w strumieniu za zamknięciem. W artykule przedstawiono funkcję prądu, pole prędkości i wirowości dla dwóch poziomów otwarcia zasuwy. Przedstawiono mechanizm odrywania wirów i podano częstość tego zjawiska, wyrażoną za pomocą liczby Strouhala. Obliczone pola prędkości i wirowości zostały następnie wykorzystane do obliczenia rozkładu ciśnienia na powierzchni zamknięcia metodą elementów brzegowych. Zaprezentowano również przykładowe przebiegi czasowe współczynnika siły unoszenia i oporu. Wyniki symulacji numerycznych zweryfikowano na podstawie cytowanych w literaturze pomiarów współczynnika siły ssania działającej na zamknięcie zasuwowe.

2

Numerical modelling of flow through moving water-control gates by vortex method. Part II - calculation result

Kostecki S. W.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2008

|

Vol. 8, no 4

39-49

EN

Computational results are presented for uniform approach flow past emergency gate model, placed in a 2-D channel with free water surface, for two cases: (I) fixed gate and (2) gate moving perpendicular to the water flow. The calculations were made in the dimensionless system, for the assumed Reynolds number Re = 10. The velocity field and vorticity field were determined by vortex method. On this basis the pressure distribution profile and hydrodynamic force were determined by means of boundary elements method. The vortex structures and the evolution of vortex shedding are illustrated by velocity field of vortex blobs for both cases - fixed and movable gate. We also presented the distribution of the pressure coefficient alongside the gate edge as well as the derivative lift and drag coefficients. The average force coefficients agree very well with the experimental values. The movement of downward of the gate substantially increases the calculated value of the lift coefficient.

PL

Zaprezentowano wyniki obliczeń numerycznych przepływu równomiernego przez model zamknięcia awaryjnego, umieszczonego w 2-wymiarowym kanale ze swobodną powierzchnią wody, dla dwóch przypadków: (1) zamknięcia nieruchomego i (2) przemieszczającego się w kierunku prostopadłym do kierunku prędkości wody. Obliczenia wykonano w układzie bezwymiarowym dla przyjętej liczby Reynoldsa Re = 10. Pole prędkości i wirowości określane było przez rozwiązanie metody wirów, na ich podstawie wyznaczany był rozkład ciśnienia i siła hydrodynamiczna za pomocą metody elementów brzegowych. Struktury wirowe i ewolucja ścieżki wirowej zostały zilustrowane za pomocą pola prędkości kropel wirowych dla obydwu przypadków - nieruchomego i ruchomego zamknięcia. Przedstawiono również rozkład współczynnika ciśnienia wzdłuż krawędzi zamknięcia oraz wynikające z niego współczynniki siły unoszenia i oporu. Uśredniona wartość tych współczynników pozostaje w dużej zgodności z wynikami badań eksperymentalnych. Ruch zamknięcia ku dołowi istotnie zwiększa obliczoną wartość współczynnika siły unoszenia.

3

Numerical modelling of flow through moving water-control gates by vortex method. Part I - problem formulation

Kostecki S. W.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2008

|

Vol. 8, no 3

73-89

EN

A vortex method for simulating a flat flow within moving complex boundaries is presented. Thanks to the use of Lagrange variabies (the trajectories of vortex particles) to determine the evolution of vorticity and velocity fields the method offers the possibility of modelling high Reynolds number flows. A procedure for formulating boundary conditions for flows confined by a moving impervious boundary, consisting in the superposition of three velocity fields: the first originating from the vortex particles, the second being a potential field satisfying the no-through-flow boundary condition and the third one resulting from the fact that the vortex sheet is modelled along the impervious boundaries and satisfying the no-slip-flow condition, is described. The original derivation of,a formula for vortex sheet intensity, based on the single layer potential theory and leading to the formulation a second-kind Fredholm equation for vortex sheet intensity, is presented. This paper is the first part of a work covering the theoretical foundations and general description of the vortex method algorithms and boundary conditions. An example illustrating the computation of the vorticity and velocity fields of the flow through a moving hydraulic gate will be provided in the second part of the work.

PL

Zaprezentowano metodę wirów dyskretnych dla symulacji płaskiego przepływu ograniczonego złożonymi ruchomymi brzegami. Zaletą tej metody jest możliwość modelowania przepływu z dużą liczbą Reynoldsa, dzięki wykorzystaniu zmiennych Lagrange'a - trajektorii cząstek wirowych do wyznaczania ewolucji pól wirowości i prędkości. Przedstawiono sposób formułowania warunków brzegowych dla przepływów ograniczonych nieprzepuszczalnym i ruchomym brzegiem, polegający na superpozycji trzech pół prędkości. Pierwszego, pochodzącego od cząstek wirowych, drugiego potencjalnego spełniającego warunek brzegowy no-through-flow oraz trzeciego wynikającego z modelowania warstwy wirowej wzdłuż brzegów nieprzepuszczalnych spełniającego warunek no-slip-flow. W niniejszej pracy przedstawiono oryginalne wyprowadzenie formuły na wyznaczanie natężenia warstwy wirowej na podstawie teorii potencjału warstwy pojedynczej prowadzące do sformułowania równania Fredholma drugiego rodzaju dla natężenia warstwy wirowej. Niniejsza praca stanowi część pierwszą, obejmującą podstawy teoretyczne i ogólny opis algorytmów metody wirów oraz warunków brzegowych. Przykład obliczenia pól wirowości i prędkości Przepływu przez zamknięcie wodne znajdujące się w ruchu zostanie przedstawiony w drugiej części pracy.