Модели регуляризации при исследовании свободноконвективного тепломассопереноса псевдопластичной жидкости в замкнутой дифференциально-обогреваемой полости

Авторы

  • Дарья Сергеевна Лоенко Томский государственный университет
  • Михаил Александрович Шеремет Томский государственный университет

DOI:

https://doi.org/10.17072/1994-3598-2021-3-13-22

Ключевые слова:

естественная конвекция, неньютоновская псевдопластичная жидкость, регуляризация эффективной вяз-кости, замкнутая полость, дифференциальный обогрев

Аннотация

При изучении конвективного тепломассопереноса в системах, содержащих псевдопластичные жидкости, возникают вычислительные сложности, обусловленные появлением бесконечного уровня эффективной вязкости при стремлении к нулю интенсивности скоростей деформаций. Для решения этой проблемы используют различные модели регуляризации за счет введения малого добавочного слагаемого в выражение для эффективной вязкости. Данная работа посвящена анализу наиболее распространенных моделей регуляризации для исследования свободноконвективного теплопереноса псевдопластичной жидкости в замкнутой дифференциально-обогреваемой полости. Псевдопластичный характер течения жидкости описывался степенным законом Оствальда-де-Виля. Исследовались три модели регуляризации: простейшая алгебраическая модель, модель Берковера и Инглемана и модель Папанастасиоу. Краевая задача математической физики, описывающая естественную конвекцию неньютоновской псевдопластичной жидкости внутри замкнутой полости, была сформулирована на основе законов сохранения массы, импульса и энергии и решена численно методом конечных разностей. Полученные результаты исследования сравнивались с данными других авторов.

Биография автора

Михаил Александрович Шеремет, Томский государственный университет

доктор физико-математических наук, доцент заведующий лабораторией моделирования процессов конвективного тепломассопереноса

Библиографические ссылки

Duvant G., Lions J. L. Inequalities in Mechanics and Physics. Berlin: Springer-Verlag Berlin Hei-delberg, 1976. 400 p.

Glowinski R., Lions J. L., Trémolières R. Analyse numérique des inéquations variationnelles: Appli-cations aux phénomènes stationnaires et d'évolu-tion. Paris: Dunod, 1976. 290 p.

Allouche M., Frigaard I. A., Sona G. Static wall layers in the displacement of two visco-plastic fluids in a plane channel // J. Fluid Mech. 2000. Vol. 424. P. 243–277.

Bercovier M., Engleman M. A finite-element method for incompressible non-Newtonian flows // Journal of Computational Physics. 1980. Vol. 36. P. 313–326.

Engleman M. S., Moskowitz S., Borman J. Com-puter simulation: A diagnostic method in compara-tive studies of valve prostheses // The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 1980. Vol. 79. N. 3. P. 402–412.

Papanastasiou T. Flows of materials with yield // Journal of Rheology. 1978. Vol. 31. P. 385–404.

Lipscomb G. G., Denn M. M. Flow of bingham flu-ids in complex geometries // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 1984. Vol. 14. P. 337–346.

O’Donovan E. J., Tanner R. I. Numerical study of the Bingham squeeze film problem // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 1984. Vol. 15. N. 1. P. 75–83.

Walton I. C., Bittleston S. H. The axial flow of a Bingham plastic in a narrow eccentric annulus // Journal of Fluid Mechanics. 1991. Vol. 222. P. 39–60.

Abdali S. S., Mutsoulis E. Entry and exit flows of Bingham fluids // Journal of Rheology. 1992. Vol. 36. P. 389–407.

Li M.-G., Feng F., Wu W.-T., Massoudi M. Nu-merical simulations of the flow of a dense suspen-sion exhibiting yield-stress and shear-thinning ef-fects // Energies. 2020. Vol. 13. N. 24, 6635.

Tran-Duc Th., Ho Th., Thamwattana Ng. A smoothed particle hydrodynamics study on effect of coarse aggregate on self-compacting concrete flows // International Journal of Mechanical Sci-ences. 2021. Vol. 190, 106046.

Deka H., Pierson J.-L., Soares E. J. Retraction of a viscoplastic liquid sheet // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2019. Vol. 272, 104172.

Ghazal A., Karimfazli I. On the hydrodynamics of off-bottom plug placement: A 2D model problem // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. Vol. 203, 108613.

Banerjee A., Lavrenteva O. M., Smagin I., Nir A. Deformation of an axisymmetric viscoplastic drop in extensional/compressional flow // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2021. Vol. 292, 104534.

Zamankhan P., Takayama Sh., Grotberg J. B. Steady displacement of long gas bubbles in chan-nels and tubes filled by a Bingham fluid // Phys Rev Fluids. 2018. Vol. 3. N. 1, 013302.

Mishra G., Chhabra R.P. Influence of flow pulsa-tions and yield stress on heat transfer from a sphere // Applied Mathematical Modelling. 2021. Vol. 90. P. 1069–1098.

Mitsoulis E., Tsamopoulos J. Numerical simula-tions of complex yield-stress fluid flows // Rheol Acta. 2017. Vol. 56. P. 231–258.

Ahmadi A., Karimfazli I. A quantitative evaluation of viscosity regularization in predicting transient flows of viscoplastic fluids // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2021. Vol. 287, 104429.

Борзенко Е. И., Шрагер Г. Р. Структура течения вязкопластичной жидкости при заполнении круглой трубы/плоского канала // Вычисли-тельная механика сплошных сред. 2019. Том 12(2). С. 129-136.

Lin Ch.-Ch., Yang F.-L. Continuum simulation for regularized non-local μ(I) model of dense granular flows // Journal of Computational Physics. 2020. Vol. 420, 109708.

Khezzar L., Siginer D., Vinogradov I. Natural con-vection of power law fluids in inclined cavities // International Journal of Thermal Sciences. 2012. Vol. 53. P. 8–17.

Loenko D., Shenoy A., Sheremet M. Influence of the chamber inclination angle and heat-generating element location on thermal convection of power-law medium in a chamber // International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow. 2021. Vol. 31, N. 1. P. 134–153.

Loenko D., Shenoy A., Sheremet M. Natural con-vection of non-Newtonian power-law fluid in a square cavity with a heat-generating element // En-ergies. 2019. Vol. 12, 2149.

Loenko D., Shenoy A., Sheremet M. Effect of time-dependent wall temperature on natural convection of a non-Newtonian fluid in an enclosure // Interna-tional Journal of Thermal Sciences. 2021. Vol. 166, 106973.

Лоенко Д. С., Шеремет М. А. Конвективный теплоперенос степенной жидкости в полости с источником энергии нестационарного объемно-го тепловыделения // Вестник Пермского уни-верситета. Физика. 2019. № 4. С. 44–50.

Лоенко Д. С., Шеремет М. А. Численное моде-лирование естественной конвекции неньюто-новской жидкости в замкнутой полости // Ком-пьютерные исследования и моделирование. 2020. Т. 12. № 1. P. 59–72.

Sojoudi A., Saha S. C., Gu Y. T., Hossain M. A. Steady natural convection of non-Newtonian power-law fluid in a trapezoidal enclosure // Ad-vances in Mechanical Engineering. 2013. Vol. 5. P. 1–8.

Turan O., Sachdeva A., Chakraborty N., Poole R. J. Laminar natural convection of power-law fluids in a square enclosure with differentially heated side walls subjected to constant temperatures // Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics. 2011. Vol. 166. P. 1049–1063.

Загрузки

Опубликован

2021-10-26

Как цитировать

Лоенко, Д., & Шеремет, М. (2021). Модели регуляризации при исследовании свободноконвективного тепломассопереноса псевдопластичной жидкости в замкнутой дифференциально-обогреваемой полости. Вестник Пермского университета. Физика, (3), 13–22. https://doi.org/10.17072/1994-3598-2021-3-13-22

Выпуск

Раздел

Статьи