Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2026, выпуск 4 » Статья стр. 663
<<<>>>
Расчетно-экспериментальное моделирование процесса турбулентного смешения потоков теплоносителя с различными температурами
Мацин Н.В. 1, Рязапов Р.Р. 2, Соборнов А.Е. 1, Котин А.В. 1
1Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия
2Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН, Нижний Новгород, Россия
Email: lebron.09@mail.ru, ryazapov.renat@gmail.com, wisestjedi@mail.ru, an.kotin@yandex.ru
Поступила в редакцию: 2 сентября 2025 г.
В окончательной редакции: 6 октября 2025 г.
Принята к печати: 1 ноября 2025 г.
Выставление онлайн: 5 марта 2026 г.
PDF версия
Экспериментальная модель воспроизводит конфигурацию проточной части натурного участка высокотемпературного стенда с коэффициентом геометрического подобия K = 4/3. Визуализация течения в области смешения потоков осуществлена методом "подкрашенных струй". Для пространственно-временного разрешения турбулентных структур использовался LES-подход. Описание неразрешенных масштабов в Ansys Fluent осуществлялось подсеточной моделью WALE, в ПК FlowVision применена модель Смагоринского. Показано, что математическая формулировка модели WALE в сочетании с блочно-структурированной сеткой обеспечивают лучшую адаптацию к изменению входных параметров задачи. Расчетные распределения спектральной плотности мощности пульсаций температуры в инерционном интервале следуют закону -5/3", характерному для пассивного скаляра в локально-изотропной турбулентности. Оценка распределений турбулентной кинетической энергии позволила выявить механизм формирования вихревых структур в зоне смешения и их дальнейшую эволюцию. Проведенный анализ выявил меньшую точность моделирования ключевых особенностей процесса смешения в ПК FlowVision. Полученные данные будут использованы для обоснования представительности результатов расчетов процесса смешения при штатных параметрах водо-водяных ядерных энергетических установок. Ключевые слова: пульсации температуры, вихреразрешающее моделирование, турбулентная кинетическая энергия, тройниковое соединение, спектральный анализ.
  1. Ф.М. Митенков, В.Б. Кайдалов, Ю.Г. Коротких, В.А. Панов, С.Н. Пичков. Методы обоснования ресурса ядерных энергетических установок (Машиностроение, М., 2007)
  2. А.В. Судаков, А.С. Трофимов. Пульсации температур и долговечность элементов энергооборудования (Энергоатомиздат, ЛО, Л., 1989)
  3. M.S. Chen, H.E. Hsieh, Y.M. Ferng, B.S. Pei. Nucl. Eng. Des., 276, 107 (2014). DOI: 10.1016/j.nucengdes.2014.03.052
  4. G.Y. Chuang, Y.M. Ferng. Appl. Therm. Eng., 113, 1585 (2017). DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.10.157
  5. P. Karthick Selvam, R. Kulenovic, E. Laurien, J. Kickhofel, H.-M. Prasser. Nucl. Eng. Des., 322, 32 (2017). DOI: 10.1016/j.nucengdes.2017.06.041
  6. С.М. Дмитриев, Р.Р. Рязапов, А.В. Мамаев, А.Е. Соборнов, А.В. Котин, М.А. Легчанов, А.В. Львов. Приборы и методы измерений, 10 (1), 53 (2019). DOI: 10.21122/2220-9506-2019-10-1-53-60
  7. С.М. Дмитриев, А.В. Мамаев, Р.Р. Рязапов, А.Е. Соборнов, А.В. Котин, Д.Е. Бесчеров, М.А. Большухин. Известия вузов. Ядерная энергетика, 2, 117 (2019). DOI: 10.26583/npe.2019.2.10 [S.M. Dmitriev, A.V. Mamaev, R.R. R.R. Ryazapov, A.Ye. Sobornov, A.V. Kotin, D.Ye. Bescherov, M.A. Bolshukhin. NUCET, 5 (3), 225 (2019). DOI: 10.3897/nucet.5.39319]
  8. Р.Р. Рязапов, А.Е. Соборнов, С.М. Дмитриев, Н.В. Мацин, А.В. Котин. Известия вузов. Ядерная энергетика, 1, 57 (2023). DOI: 10.26583/npe.2023.1.05
  9. Р.Р. Рязапов, А.В. Мамаев, А.Е. Соборнов, А.М. Кусков, И.А. Кудашкин. ВАНТ. Серия: Ядерно-реакторные константы, 2, 203 (2023)
  10. P. Kakka, K. Anupindi. Int. J. Heat Mass Transfer, 153, 119593 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119593
  11. M. Bergagio, W. Fan, R. Thiele, H. Anglart. Nucl. Eng. Des., 356, 110361 (2020). DOI: 10.1016/j.nucengdes.2019.110361
  12. C. Evrim, X. Chu, E. Laurien. Int. J. Heat Mass Transfer, 158 (6), 120019 (2020). DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120019
  13. А.В. Гарбарук, М.Х. Стрелец, М.Л. Шур. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений (Изд-во Политехн. ун-та, СПб., 2012)
  14. F. Nicoud, F. Ducros. Flow, Turbulence Combustion, 62 (3), 183 (1999). DOI: 10.1023/A:1009995426001
  15. ANSYS, Inc. ANSYS Fluent Theory Guide v19.0 (ANSYS Inc., Canonsburg, 2018)
  16. И.А. Белов, С.А. Исаев. Моделирование турбулентных течений (БГТУ, СПб., 2001)
  17. M. Kim, J. Lim, S. Kim, S. Jee, D. Park. Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 371 (1), 113287 (2020). DOI: 10.1016/j.cma.2020.113287
  18. A.A. Aksenov, A.A. Dyadkin, V.I. Pokhilko. Proc. of 1998 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (San Diego, USA, 1998), v. 377-1
  19. С.В. Жлуктов, А.А. Аксенов. Компьютерные исследования и моделирование, 7 (6), 1221 (2015). DOI: 10.20537/2076-7633-2015-7-6-1221-1239
  20. S.B. Pope. Turbulent Flows (CUP, Cambridge, 2000)
  21. А.Ю. Снегирев. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений (Изд-во Политехн. ун-та, СПб., 2009)
  22. R.J. LeVeque. Finite Volume Methods for Hyperbolic Problems (CUP, Cambridge, 2002)
  23. А.А. Аксенов, С.В. Жлуктов, В.И. Похилко, К.Э. Сорокин. Компьютерные исследования и моделирование, 15 (4), 1009 (2023). DOI: 10.20537/2076-7633-2023-15-4-1009-1023
  24. C.А. Харченко. Вычислительные методы и программирование, 11 (4), 373 (2010)
  25. В.Л. Якушев, В.Н. Симбиркин, А.В. Филимонов, П.А. Новиков, И.Н. Коньшин, Г.Б. Сушко, С.А. Харченко. Вестник Нижегородского ун-та им. Н.И. Лобачевского, (4-1), 238 (2012)
  26. P. Sagaut. Large Eddy Simulation for Incompressible Flows (Springer, Heidelberg, 2006)
  27. И.Е. Идельчик. Справочник по гидравлическим сопротивлениям, под ред. М.О. Штейнберга (Машиностроение, М., 1992), c. 672
  28. Z. Nan, X. Zhao, Y. Li, K. Zhang, N. Wang. Int. J. Heat Mass Transfer, 181, 121834 (2021). DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121834
  29. P. Buchhave, C. Velte. Phys. Fluids, 29 (8), 085109 (2017). DOI: 10.1063/1.4999102
  30. С.В. Борисенок. Известия РГПУ им. А.И. Герцена, 5 (13), 104 (2005)
  31. E. Sirbubalo, Ph.D. Thesis. (Darmstadt, Technische Universitat Darmstadt, 2012)
  32. К.Н. Волков, В.Н. Емельянов. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений (Физматлит, М., 2008)

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme