4 / 15
Структура осредненного течения и массообмена в плотном пучке…
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 2
87
Сигналы датчиков давления на стенке чехла от зондов Прандтля, Пито,
а также ЭДС термопары оцифровывались с частотой дискретизации 1 кГц и за-
писывались ПЭВМ в течениe времени осреднения сигналов (единицы секунд),
что обеспечивало как представительность измерений, так и приемлемую про-
должительность экспериментов. Обработка сигналов выполнялась ПЭВМ с
применением разработанного программного обеспечения.
Расчетная модель и генератор сеток.
Для количественного описания тече-
ний жидкости и газа с теплообменом используется система уравнений, включа-
ющая в себя уравнения сохранения массы, импульса и энергии [4–6]. Для замы-
кания системы уравнений осредненного турбулентного течения использовалась
стандартная SST-модель [6–8], включающая в себя уравнения турбулентной ки-
нетической энергии, удельной скорости диссипации энергии турбулентности,
турбулентную кинематическую вязкость, выраженную через кинетическую
энергию и скорость диссипации энергии турбулентности, турбулентное число
Прандтля и рекомендуемый набор эмпирических коэффициентов в замыкаю-
щих уравнениях.
Стандартная SST-модель турбулентности хорошо себя зарекомендовала в
расчетах течений в пучках стержней и показывает хорошую корреляцию харак-
теристик потока, полученных на трехмерных расчетных моделях и измеренных
в экспериментах [9, 10]. Систему уравнений решали методом контрольного объ-
ема [11].
Расчетную сетку для проточной части пучка и оболочек стержней строили в
сеточном генераторе собственной разработки. Генератор не требует подготовки
трехмерной CAD-модели и строит сетку по геометрическим параметрам стерж-
ней и их дистанционатора. Участки расчетных сеток приведены на рис. 3. Cетки
для проточной части пучка и оболочки стержней включают в себя преимуще-
ственно гексагональные элементы. Как показывает практика, на гексагональной
структурированной сетке задача сходится быстрее, что соответствует рекоменда-
циям программного пакета CFX. В небольшом количестве использованы призма-
тические и имеющие форму пирамиды элементы. Последние только вблизи
навивки для описания смещения проволоки на одну или несколько ячеек в
направлении навивки при переходе от одного расчетного слоя к другому вдоль
стержня. Сетка строится методом протягивания вдоль оси
Z
cо смещением внут-
ренних слоев на одну или несколько ячеек в направлении навивки. Внешняя сто-
рона регулярной шестигранной ячейки, построенной вокруг стержня, содержит
только гексагональные элементы и позволяет стыковаться таким ячейкам «узел
в узел». В итоге сетка для проточной части пучка получается цельной и не требует
использования дополнительных интерфейсов. Сеточный генератор хорошо
оптимизирован и использует принцип параллельных вычислений. Построение
таких сеток (суммарное число элементов сеток ~40 млн) занимает чуть больше
15 мин и не требует больших затрат оперативной памяти. Вышеперечисленное
свидетельствует о большом преимуществе использования подобных «самопис-
ных» генераторов сеток для решения задач численного моделирования по сравне-