Моделювання течії у прямому жорсткостінному каналі з двома прямокутними осесиметричними звуженнями. Частина 2. Альтернативний підхід

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.26565/2304-6201-2021-51-03

Ключові слова:

рух рідини, плоский канал, обривне звуження, метод

Анотація

Запропоновано аналітично-чисельний метод другого порядку точності, котрий дозволяє вивчати рух рідини у двовимірному жорсткостінному каналі з двома послідовними жорсткими осесиметричними обривними звуженнями. Він складається з п’яти основних етапів. На першому з них вибираються відповідні масштаби задачі, на основі яких проводиться безрозмірювання співвідношень, що описують рух рідини у досліджуваному каналі. Далі (другий етап) виводяться інтегральні аналоги цих безрозмірних співвідношень і виконується їх дискретизація (третій етап). На четвертому етапі зв’язані нелінійні алгебраїчні рівняння для швидкості і тиску, одержані у результаті проведення зазначеної дискретизації, зводяться до відповідних незалежних лінійних. Для цього приймаються фізично обґрунтовані припущення, виконуються відповідні математичні операції, а також застосовується процедура знаходження та узгодження між собою послідовних наближень шуканих величин. При цьому кількість наближень визначається необхідною точністю розв’язку. І на останньому (п’ятому) етапі вибирається метод розв’язування вказаних лінійних рівнянь. Зазначена вище дискретизація складається із просторової та часової частин. Перша частина виконується на основі використання total variation diminishing схеми, а також двоточкової схеми дискретизації просторових похідних. При проведенні ж другої частини дискретизації застосовується неявна триточкова несиметрична схема з різницями назад. Що стосується методу розв’язування вказаних вище лінійних рівнянь, то це – відповідний ітераційний метод, який послідовно використовує методи відкладеної корекції та спряжених градієнтів, а також солвери ICCG (для симетричних матриць) та Bi-CGSTAB (для асиметричних матриць).

Посилання

S. A. Berger and L.-D. Jou, “Flows in stenotic vessels”, Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 32, pp. 347-382, 2000. https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.fluid.32.1.347

A. O. Borisyuk, “Experimental study of wall pressure fluctuations in a pipe behind a cylindrical insertion with eccentricity”, International Journal of Fluid Mechanics Research, Vol. 31, no. 2, pp. 160-175, 2004. https://www.dl.begellhouse.com/journals/71cb29ca5b40f8f8,3d13b81c75055127,5da79a32571c5030.html

A. O. Borisyuk, “Experimental study of wall pressure fluctuations in rigid and elastic pipes behind an axisymmetric narrowing”, Journal of Fluids and Structures, Vol. 26, no. 4, pp. 658-674, 2010. https://www.semanticscholar.org/paper/Experimental-study-of-wall-pressure-fluctuations-in-Borisyuk/e34d26189326a0486954995b85d2a7f0c7c4df07

A. O. Borysyuk and Ya. A. Borysyuk, “Wall pressure fluctuations behind a pipe narrowing of various shapes”, Science-Based Technologies, Vol. 34, no. 2, pp. 162-170, 2017. https://jrnl.nau.edu.ua/index.php/SBT/article/view/11615

A. Aldrovandi et al., “Computed tomography coronary angiography in patients with acute myocardial infarction without significant coronary stenosis”’ Circulation, Vol. 126, pp. 3000-3007, 2012. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23168414/

A. O. Borisyuk, “Study of the flow and acoustic fields in a rigid-walled channel of circular cross-section with a local axisymmetric narrowing. A theory”, International Journal of Fluid Mechanics Research, Vol. 34, no. 2, pp. 99-114, 2007. https://www.dl.begellhouse.com/journals/71cb29ca5b40f8f8,51cd07171f116855,3ae1821c30eed7db.html

A. O. Borisyuk, “Study of the flow and acoustic fields in a rigid-walled channel of circular cross-section with a local axisymmetric narrowing. Numerical results”, International Journal of Fluid Mechanics Research, Vol. 34, no. 3, pp. 191-209, 2007. https://www.dl.begellhouse.com/journals/71cb29ca5b40f8f8,7646d83d07bfe37d,14c3252503235748.html

V. S. Malyuga, “Numerical study of flow in a channel with two serial stenoses”, Applied Hydromechanics, Vol. 12, no. 4, pp. 45-62, 2010. [in Russian] http://www.hydromech.com.ua/rus/PH-HTML/PH-012/4/PDF/PH-12-4(45-62).PDF

A. V. Shaldenko and A. A. Gurzhii, “Analysis of the heat transfer processes in a straight channel with insertions at small Reynolds numbers”, Applied Hydromechanics, Vol. 17, no. 3, pp. 55-66, 2015. [in Russian] http://hydromech.org.ua/content/pdf/ph/ph-17-3(55-66).pdf

E. V. Bruyatckii, A. G. Kostin and E. I. Nikiforovich, “Numerical study of the velocity and pressure fields in a flat channel with a square obstacle on its wall”, Applied Hydromechanics, Vol. 13, no. 3, pp. 33-47, 2011. [in Russian] http://hydromech.org.ua/content/pdf/ph/ph-13-3(33-47).pdf

A. O. Borysyuk, “Flow modelling in a straight rigid-walled duct with two rectangular axisymmetric narrowings. Part 1. A theory”, Bulletin of V.N. Karazin Kharkiv National University, series «Mathematical Modeling. Information Technology. Automated Control Systems», Vol. 44, pp. 4-15, 2019. https://periodicals.karazin.ua/mia/article/view/15762/14605

C. Hirsch, Numerical computation of internal and external flows. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2007. 656 p. https://www.sciencedirect.com/book/9780750665940/numerical-computation-of-internal-and-external-flows

J. H. Ferziger and M. Peri´c, Computational methods for fluid dynamics, 3rd ed. Berlin: Springer, 2002. 424 p. https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-642-56026-2

N. P. Waterson and H. Deconinck, “Design principles for bounded higher-order convection schemes – a unified approach”, Journal of Computational Physics, Vol. 224, pp. 182–207, 2007. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002199910700040X

R. I. Issa, “Solution of implicitly discretised fluid flow equations by operator-splitting”, Journal of Computational Physics, Vol. 62, pp. 40–65, 1986. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0021999186900999

H. K.Versteeg and W. Malalasekera, An introduction to computational fluid dynamics, 2nd ed. Harlow: Pearson Education Ltd, 2007. 503 p. http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM702/Versteeg_Malalasekera_2ed.pdf

J. D. Anderson Jr., Computational fluid dynamics. The basics with applications. New York: Mc.Graw-Hill, 1995. 547 p. https://www.airloads.net/Downloads/Textbooks/Computational-Fluid-Dynamcs-the-Basics-With-Applications-Anderson-J-D.pdf

R. Barrett et al., Templates for the solution of linear systems: Building blocks for iterative methods, 2nd ed. Philadelphia: SIAM, 1994. 107 p. https://www.netlib.org/templates/templates.pdf

H. A. Van Der Vorst, Iterative Krylov methods for large linear systems. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2003. 221 p. https://www.cambridge.org/core/books/iterative-krylov-methods-for-large-linear-systems/FFB93854B3C47699F045AC396C0A208F

H. A. Van Der Vorst, Bi-CGSTAB: A fast and smoothly converging variant of Bi-CG for the solution of nonsymmetric linear systems. SIAM Journal of Scientific and Statistical Computing. 1992. Vol. 13 (2). P. 631–644. https://epubs.siam.org/doi/10.1137/0913035

Завантаження

Опубліковано

2021-10-25

Номер

Розділ

Статті

Як цитувати

Моделювання течії у прямому жорсткостінному каналі з двома прямокутними осесиметричними звуженнями. Частина 2. Альтернативний підхід. (2021). Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна, серія «Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління», 51, 18-35. https://doi.org/10.26565/2304-6201-2021-51-03