Application of the PANS Turbulence Model to Calculate the Flow in the Francis‑99 Model Radial- Axial Hydroturbine

Закрученные течения широко распространены в различных областях техники. При высокой степени закрутки течение осложняется распадом вихря и формированием крупномасштабных нестационарных структур. В гидроэнергетике проявлением неустойчивости закрученного потока служит прецессирующий вихревой жгут в отсасывающей трубе. Эти нестационарные структуры обладают значительной турбулентной кинетической энергией и характеризуются достаточно большим временем существования, что вызывает серьёзные затруднения при численном моделировании течений в тракте гидротурбин. Цель работы – построение гибридной PANS модели турбулентности на основе модели второго порядка замыкания. С помощью этой модели с разными значениями параметра разрешения выполнены численные расчёты нестационарного течения в отсасывающей трубе в режиме частичной нагрузки. Предложенный вариант PANS модели турбулентности позволяет хорошо воспроизводить характеристики сильно анизотропных течений, при этом менее требователен к сеточному разрешению, чем метод моделирования крупных вихрей, и в рассмотренной реализации не содержит явной зависимости от шага пространственной сеткиSwirling flows are widespread in various fields of technology. At a high degree of swirling, the flow is complicated by the collapse of the vortex and the formation of large-scale unsteady structures. In hydropower engineering, the swirling flow instability is manifested by a precessing’s vortex bundle in the suction pipe. These non-stationary structures have a significant turbulent kinetic energy and are characterized by a sufficiently long lifetime, which causes serious difficulties in the numerical simulation of flows in the duct of hydraulic turbines. The aim of this work is to construct a hybrid PANS turbulence model based on a second-order closure model. Using this model with different values of the resolution parameter, numerical calculations of the unsteady flow in the draft pipe in the partial load mode were performed. The proposed version of the PANS turbulence model makes it possible to reproduce well the characteristics of highly anisotropic flows, while being less demanding on the grid resolution than the large eddy simulation method, and in the considered implementation does not contain an explicit dependence on the spatial grid spacin

Numerical Simulation of Flare Burning of Coal of a Micro-Mill in a Steam-Oil Burner

Статья посвящена численному моделированию факельного сжигания угольного топлива в паромасляной горелке. Представлены результаты моделирования паромасляной горелки, разработанной в ИТ СО РАН, и новой факельной горелки, работающей на дизельном топливе с частичной заменой его на уголь микропомола. Сравнение результатов расчета с данными эксперимента показало их хорошее соответствие, как по уровню температуры, так и по концентрации газовых компонент продуктов горения. Результаты моделирования показали, что новая горелка устойчиво работает в широком диапазоне расхода угольной пыли. Полученные результаты численного исследования можно использовать при проектировании нового горелочного устройства, подобрав оптимальные режимы работы, для снижения на выходе концентрации вредных выбросов и недожега топливаThe article is devoted to numerical modeling of coal fuel flaring in a steam-oil burner. The results of modeling an oil-steam burner developed at IT SB RAS and a new torch burner operating on diesel fuel with partial replacement of it with micro-milled coal are presented. A comparison of the calculation results with the experimental data showed their good agreement both in terms of the temperature level and the concentration of the gas components of the combustion products. The simulation results showed that the new burner operates stably in a wide range of pulverized coal flow rates. The obtained results of a numerical study can be used in the design of a new burner device, choosing the optimal operating modes to reduce the concentration of harmful emissions and fuel underburning at the outpu

SigmaFlow as a Tool for Studying Wind Comfort in Urban Environment

Интенсивный рост современных городов приводит к строительству жилых микрорайонов с плотным расположением зданий различной высотности. Подобные архитектурные решения способствуют непредсказуемому изменению аэрационного режима территории, который может вызывать ухудшение экологической обстановки города, а также формирование дискомфортных условий в зоне пребывания человека. Для изучения механизмов формирования данных условий и прогнозирования ветрового режима используется микромасштабная модель атмосферы города, реализованная в программе «SigmaFlow». В работе представлены результаты верификации численной модели с экспериментальными данными на двух тестовых задачах обтекания модельных элементов городской застройки. Полученные результаты расчетов демонстрируют достаточно хорошее совпадение с экспериментальными данными. Кроме этого, был выполнен анализ формирования ветровых условий в реальном жилом микрорайоне. Получены характерные структуры течения при обтекании зданий, а также выявлены места формирования дискомфортных и опасных зон для пребывания человекаThe intensive growth of modern cities leads to the construction of residential microdistricts with a dense arrangement of buildings of various heights. Such architectural solutions contribute to an unpredictable change in the aeration regime of the territory, which can lead to a deterioration in the ecological situation of the city, as well as to the formation of uncomfortable conditions in the area of human presence. To study the mechanisms of formation of these conditions and forecasting of the wind regime, a microscale model of the atmosphere of the city, implemented in the SigmaFlow program, is used. The paper presents the results of verification of a numerical model with experimental data on two test problems of flow around model elements of urban development. The obtained calculation results demonstrate a fairly good agreement with the experimental data. In addition, an analysis was made of the formation of wind conditions in a real residential area. Characteristic flow structures were obtained when flowing around buildings, and places of formation of uncomfortable and dangerous zones for human stay were identifie

Численное моделирование осаждения снега вблизи снегозадерживающих заборов

The results of numerical modeling of the influence of geometric characteristics of snow-protecting fences on the intensity of snow deposition at the initial stage of formation, that is, without taking into account the influence of the dynamics of the shape of the snow cover surface, are presented. In the most industrialized and densely populated region on the Arctic Krasnoyarsk Territory - the industrial City of Norilsk, daily snowfall can exceed 50 mm, the snow depth reaches, on the average, 47 cm (the largest is 70 cm), while the wind speed - 25-30 m/s. This promotes formation of snow deposition on roads, in residential areas as well as in industrial sites and infrastructure facilities, which hampers and sometimes completely stops operation of them. As part of the solution of these problems, a software package has been developed aimed at numerical modeling of snow transport processes and implementing the snow protection measures. To simulate the dynamics of the windinduced snow drift, a microscale model of the atmospheric boundary layer was used together with a diffusion-inertial description of the transport of the snow dispersed phase. Analysis of the calculation results shows that the width of the plates, as well as their spatial orientation, have insignificant effect on the snow-holding capacity of fences. The size of the gaps between the rails and the height of the lower gap exerts the greatest influence on the distribution of the intensity of snow deposition, both on the leeward and windward sides of the fence. In general, we can talk about the relationship between the wind speed field formed during the drift around the fence and the distribution of the snow deposition intensity. Thus, a relative decrease in the average wind speed from the leeward side of the fence increases the precipitation intensity. The presented results of numerical modeling do not contradict data of field observations previously obtained by other authors, and, thus, the developed software package allows comparing effectiveness of different snow-protecting constructions.Описывается математическая модель переноса снега ветром, реализованная в программном инструменте, предназначенном для разработки снегозащитных мероприятий. С его помощью проведено численное исследование влияния геометрических параметров снегозащитных заборов на интенсивность осаждения снега вблизи них. Показано, что наибольшее влияние оказывают просветность и высота нижнего зазора забора

Computational Investigation of the Effect of Air Injection into the Fluid Flow with Precessing Vortex Core

Статья посвящена численному исследованию влияния впрыска воздуха в гидродинамическую вихревую камеру на характеристики потока с прецессирующим вихревым ядром. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными, полученными в Институте теплофизики СО РАН, и подтверждают эффект резкого уменьшения частоты прецессии вихря при вводе малого количества воздуха и дальнейшего плавного роста частоты прецессии при увеличении газосодержания в потокеThe paper is devoted to the numerical study of the effect of air injection into the hydrodynamic vortex chamber at the flow characteristics with precessing vortex core. The calculation results are in good agreement with the experimental data obtained at the Institute of Thermophysics SB RAS. Obtained numerical data confirm the effect of the decrease of the vortex precession frequency at low amount of air and further smooth growth of the precession frequency with increasing gas flow rate in the strea

Experimental study of the swirling flow effect on the efficiency of the local ventilation system

The paper presents the results of an experimental study of the local ventilation system. It is shown that the use of radially swirled counter-flow jet leads to significant increase in the efficiency of gas removing. This fact is confirmed by the flow visualization for different operating regimes of the device (with and without swirling). The velocity distribution along the central axis of the device was also measured. It is also shown that the use of swirling flow leads to significant increase in the velocity of removal flow. Study of the system operating parameters for different direct and counter flow ratio was carried out

EXPERIMENTAL STUDY OF THE SWIRLING FLOW EFFECT ON THE EFFICIENCY OF THE LOCAL VENTILATION SYSTEM

The paper presents the results of an experimental study of the local ventilation system. It is shown that the use of radially swirled counter-flow jet leads to significant increase in the efficiency of gas removing. This fact is confirmed by the flow visualization for different operating regimes of the device (with and without swirling). The velocity distribution along the central axis of the device was also measured. It is also shown that the use of swirling flow leads to significant increase in the velocity of removal flow. Study of the system operating parameters for different direct and counter flow ratio was carried out