Визначення структури течії в області місцевих опорів різних типів з урахуванням гідродинамічних умов входу в початкову ділянку

Автор(и)

  • Сергій Вікторович Носко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-8631-6118
  • Дмитро Вікторович Костюк Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-5407-1443
  • Олександр Сергійович Галецький Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0001-5733-5846
  • Ігор Вікторович Ночніченко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0002-0690-0363

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.277342

Ключові слова:

місцеві опори різного типу, умови входу в початкову ділянку, чисельне рішення

Анотація

Досліджено вплив гідродинамічних умов входу в початкову ділянку каналу, розташовану після місцевих опорів різного типу. Показано, що втрати напору в арматурі і вигинах трубопроводів та в різних регулюючих елементах можуть в декілька разів бути вище, ніж у прямих ділянках трубопроводу. Встановлено, що припущення про прямокутну форму епюрі швидкостей на вході в гідродинамічну початкову ділянку не відповідає картині течії в реальних каналах технологічного обладнання. Доведено, що при прояві сил інерції в потоці на початковій ділянці каналу зазвичай зростають гідродинамічні втрати енергії, значно деформуються поля швидкостей та напруги. Завдяки цьому стало доцільним провести дослідження процесів протікання в’язких рідин у початковій ділянці, розташованій після місцевих опорів різного типу. Експериментальними та аналітичними дослідженнями підтверджено, що існує суттєвий вплив граничних умов на вході в початкову ділянку на формування епюри швидкостей і втрати енергії на її довжині. Представлено аналітично-чисельне рішення системи диференційних рівнянь, що описують таку течію. У ході рішень система рівнянь, шляхом відповідних перетворень, набуває вигляду нелінійного інтегрально-диференціального рівняння. Це дає можливість отримати коректні залежності для визначення довжини розподілу швидкостей і втрат енергії на досліджуваній ділянці каналу. Отримані результати розрахунків полів швидкості в області місцевих опорів добре узгоджуються з відомими уявленнями картини течії, що спостерігається у фізичних експериментах та результатах аналітичних рішень. Кількісне розходження результатів коливається в межах 12–20 % в залежності від числа Рейнольдса. Таким чином, є підстави стверджувати, що результати даних досліджень можуть бути основою для розробки методики гідродинамічного розрахунку, спрямованого на конструктивно-експлуатаційне вдосконалення існуючого та проектованого технологічного обладнання

Біографії авторів

Сергій Вікторович Носко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Прикладної гідроаеромеханіки і механотроніки»

Дмитро Вікторович Костюк, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра «Прикладної гідроаеромеханіки і механотроніки»

Олександр Сергійович Галецький, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра «Прикладної гідроаеромеханіки і механотроніки»

Ігор Вікторович Ночніченко, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Прикладної гідроаеромеханіки і механотроніки»

Посилання

  1. Safarifard, M., Aghaee, Z., Pourjafar, M., Bazargan, S., Sadeghy, K. (2020). Hydroelastic instability of viscoelastic fluids in developing flow through a compliant channel. Korea-Australia Rheology Journal, 32 (2), 99–119. doi: https://doi.org/10.1007/s13367-020-0010-9
  2. Joshi, Y., Vinoth, B. R. (2018). Entry Lengths of Laminar Pipe and Channel Flows. Journal of Fluids Engineering, 140 (6). doi: https://doi.org/10.1115/1.4038668
  3. Bruyatskiy, E. V., Kostin, A. G. (2009). Raschet poley skorosti i davleniya dlya techeniya v ploskom kanale s vnezapnym odnostoronnim suzheniem. Prykladnaia hidromekhanika, 11 (2), 3–15. Available at: http://hydromech.org.ua/content/pdf/ph/ph-11-2(03-15).pdf
  4. Bruyatskiy, E. V., Kostin, A. G., Nikiforovich, E. I., Rozumnyuk, N. V. (2008). Metod chislennogo resheniya uravneniy Nav'e-Stoksa v peremennykh skorost'-davlenie. Prykladna hidromekhanika, 10 (2), 13–23. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/4635/02-Brujatskiy.pdf?sequence=1
  5. Zargartalebi, A., Zargartalebi, M., Benneker, A. M. (2021). Analysis of vortices in viscoelastic fluid flow through confined geometries at low Reynolds numbers. AIP Advances, 11 (8), 085213. doi: https://doi.org/10.1063/5.0059041
  6. Everts, M., Meyer, J. P. (2020). Laminar hydrodynamic and thermal entrance lengths for simultaneously hydrodynamically and thermally developing forced and mixed convective flows in horizontal tubes. Experimental Thermal and Fluid Science, 118, 110153. doi: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2020.110153
  7. Kutuzov, A. G. (2012). Bezvikhrevoe techenie vuzkouprugoy zhidkosti vo vkhodnom kanale ekstruzionnoy golovki Vestnik KGTU, 2, 137–139.
  8. Verbeeten, W. M. H., Peters, G. W. M., Baaijens, F. P. T. (2001). Differential constitutive equations for polymer melts: The extended Pom–Pom model. Journal of Rheology, 45 (4), 823–843. doi: https://doi.org/10.1122/1.1380426
  9. Kutuzova, E. R., Tazyukov, F. Kh., Khalaf, Kh. A. (2014). Dinamika techeniya vyazkouprugoy zhidkosti cherez ploskoe 8:1 suzhenie. Vest. Kazansk. Tekhnologich, 2, 83–85.
  10. Nosko, S. V., Bulygin, V. A. (2012). Hydrodynamic calculation of the forming part of machine for processing of cellulose acetate. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (7 (56)), 48–52. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/3758
  11. Nosko, S. V., Mosiychuk, V. A. (2011). Issledovanie kinematicheskikh kharakteristik potoka v kanalakh litnikovoy sistemy, metodami vizualizatsii. Vestnik NTUU «KPI»: Mashinostroenie, 62, 79–82.
  12. Hnativ, R. M. (2011). Vykorystannia dopplerivskoho lokatora dlia vymiriuvannia shvydkostei pry neustalenomu rusi ridyn. Promyslova hidravlika i pnevmatyka, 1 (31), 60–63. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/inhpn_2011_1_16
  13. Poplavskiy, S. V., Nesterov, A. Yu., Boyko, V. M. (2020). Razrabotka i primenenie lazernogo doplerovskogo anemometra s pryamym spektral'nym analizom dlya issledovaniya vysokoskorostnykh mnogofaznykh potokov. Teplofizika i aeromekhanika, 4, 583–591. Available at: https://www.sibran.ru/journals/issue.php?ID=180040&ARTICLE_ID=180048
  14. Arda, D. R., Mackley, M. R. (2005). The effect of die exit curvature, die surface roughness and a fluoropolymer additive on sharkskin extrusion instabilities in polyethylene processing. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 126 (1), 47–61. doi: https://doi.org/10.1016/j.jnnfm.2004.12.005
  15. Clemeur, N., Rutgers, R. P. G., Debbaut, B. (2004). Numerical simulation of abrupt contraction flows using the Double Convected Pom–Pom model. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 117 (2-3), 193–209. doi: https://doi.org/10.1016/j.jnnfm.2004.02.001
  16. Tachibana, M., Iemoto, Y. (1981). Steady Laminar Flow in the Inlet Region of Rectangular Ducts. Bulletin of JSME, 24 (193), 1151–1158. doi: https://doi.org/10.1299/jsme1958.24.1151
  17. Mazo, A. B. (2018). Vychislitel'naya gidrodinamika. Chast' 1. Matematicheskie modeli, setki i setochnye skhemy. Kazan': Kazanskiy universitet, 165. Available at: https://www.researchgate.net/publication/329702419_VYCISLITELNAA_GIDRODINAMIKA_Cast_1_Matematiceskie_modeli_setki_i_setocnye_shemy_Ucebnoe_posobie_Kazan-2018
  18. Kalinin, E. I., Mazo, A. B., Isaev, S. A. (2016). Composite mesh generator for CFD problems. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 158, 012047. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/158/1/012047
  19. Shlikhting, G. (1974). Teoriya pogranichnogo sloya. Moscow: Nauka, 742.
  20. Miller, E., Rothstein, J. P. (2004). Control of the sharkskin instability in the extrusion of polymer melts using induced temperature gradients. Rheologica Acta, 44 (2), 160–173. doi: https://doi.org/10.1007/s00397-004-0393-4
  21. Batra, R. L., K. Koshy, M. (1978). Effect of non-uniform inlet velocity profile in the entrance region of a Bingham plastic flow Between parallel plates. International Journal of Engineering Science, 16 (8), 579–589. doi: https://doi.org/10.1016/0020-7225(78)90022-8
  22. Tomita, Y. (1991). Velocity Profile in Viscoelastic Flow of a Tube. Journal of Chem. Enginering of Japan, 4, 115–118.
  23. Nosko, S. V. (2014). Research of hydrodynamic conditions of entrance in channels of process equipment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (7 (69)), 49–54. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.24876
  24. Cherry, E. M., Padilla, A. M., Elkins, C. J., Eaton, J. K. (2010). Three-dimensional velocity measurements in annular diffuser segments including the effects of upstream strut wakes. International Journal of Heat and Fluid Flow, 31 (4), 569–575. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2010.02.029
Визначення структури течії в області місцевих опорів різних типів з урахуванням гідродинамічних умов входу в початкову ділянку

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-04-30

Як цитувати

Носко, С. В., Костюк, Д. В., Галецький, О. С., & Ночніченко, І. В. (2023). Визначення структури течії в області місцевих опорів різних типів з урахуванням гідродинамічних умов входу в початкову ділянку. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(7 (122), 24–32. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.277342

Номер

Том 2 № 7 (122) (2023): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Serhii Nosko, Dmytro Kostiuk, Oleksandr Haletskyi, Ihor Nochnichenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.