Υπολογιστικός προσδιορισμός της κρίσιμης τιμής του αριθμού Reynolds και της θέσης μετάβασης από στρωτή σε τυρβώδη ροή στο εσωτερικό αγωγών σχήματος U

• Κύριος συγγραφέας: Αμαντίδης, Χαράλαμπος
• Άλλοι συγγραφείς: Amanatidis, Charalampos
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Κρίσιμος αριθμός Reynolds; Καμπύλοι αγωγοί; Critical Reynolds number; Curved tubes

Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε η υπολογιστική διερεύνηση για τη μετάβαση από την στρωτή στην τυρβώδη ροή εντός καμπύλου αγωγού σχήματος U. Στόχος είναι ο υπολογισμός τόσο της τιμής του κρίσιμου αριθμού Re, που διαφέρει από έναν ευθύγραμμο αγωγό, όσο και η διαφοροποίηση αυτής της κρίσιμης τιμής με βάση τη θέση μέσα στον αγωγό. Επιπλέον, απαραίτητη για την εκπλήρωση αυτού του στόχου κρίνεται και η κατανόηση των πολύπλοκων ροϊκών φαινομένων και χαρακτηριστικών σε έναν καμπύλο αγωγό που διαφέρουν σε σχέση με έναν ευθύγραμμο αλλά και ο ρόλος που παίζει η καμπυλότητα του αγωγού. Η διερεύνηση έγινε για τρεις διαφορετικές γεωμετρίες καμπύλων αγωγών σχήματος U, με λόγους καμπυλότητας γ = 0.1 , γ = 0.05 και γ = 0.025. Η υπολογιστική μοντελοποίηση έγινε με το ANSYS Fluent, χρησιμοποιώντας τρεις διαφορετικές ρυθμίσεις μοντελοποίησης για την κάθε γεωμετρία. Μία που αφορά στρωτή ροή , μία που αφορά μεταβατική ροή και μία για τυρβώδη ροή. Η μελέτη βασίστηκε σε τέσσερα διαφορετικά κριτήρια για τέσσερα μεγέθη που δείχνουν αν βρισκόμαστε στην στρωτή ή την τυρβώδη περιοχή. Τα μεγέθη αυτά είναι: 1) dp/dθ η αξονική βαθμίδα της πίεσης στη διεύθυνση του αγωγού, 2) το ιξώδες της τύρβης μ_t, 3) η διατμητική τάση τοιχώματος τ_w, 4) το Intermittency , μέγεθος που μας δείχνει την πιθανότητα ένα σημείο ρευστού να βρίσκεται εντός στρωτής ή τυρβώδους ροής. Με βάση τα αποτελέσματα της διερεύνησης η καμπυλότητα του αγωγού έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της τιμής του 〖Re〗_crit. Επιπλέον, η μετάβαση δεν γίνεται ακαριαία όπως στον ευθύγραμμο αγωγό αλλά μέσα σε ένα εύρος τιμών Re , το οποίο μάλιστα διευρύνεται όσο αυξάνει και ο λόγος καμπυλότητας. Η μετάβαση στην τυρβώδη ροή επέρχεται νωρίτερα στο εξωτερικό μέρος του αγωγού , καθώς εκεί οδηγούνται τα μόρια του ρευστού με υψηλότερη ταχύτητα εξαιτίας των φυγόκεντρων δυνάμεων. Η εμφάνιση δευτερογενούς ροής και ο σχηματισμός των κελιών του Dean συμβαίνει τόσο στην στρωτή όσο και την τυρβώδη ροή και οφείλεται στις φυγόκεντρες δυνάμεις που ασκούνται στα μόρια του ρευστού λόγω καμπυλότητας.