zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Mô hình tính toán mô phỏng quá trình bất ổn định Kelvin-Helmholtz

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Báo xấu

3
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài báo này chúng tôi dùng mô hình tính toán dòng chảy hai pha để mô phỏng sự hình thành và phát triển của sự bất ổn định Kelvin-Helmholtz. Bài toán được xét trên một kênh hở tuần hoàn theo hướng của trục Ox . Kích thước của kênh là 3m chiều dài và 3m chiều cao, lớp trên là một lớp nước và lớp dưới là một lớp bùn cát.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Mô hình tính toán mô phỏng quá trình bất ổn định Kelvin-Helmholtz

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN : 978-604-82-1710-5 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH BẤT ỔN ĐỊNH KELVIN-HELMHOLTZ Nguyễn Đức Hậu1, Nguyễn Thị Lý1, Sylvain Guillou2 và Kim Dan Nguyen3 Đại học Thủy lợi, email: ndhau.dhtl@tlu.edu.vn 2 2 Université de Caen, email: sylvain.guillou@unicaen.fr 3 Saint-Venant Laboratory for Hydraulics, email: dan.nguyen@saint-venant-lab.fr 1. GIỚI THIỆU CHUNG 0  1000kg / m3 , tỉ khối của hạt chất rắn là Trong bài báo này chúng tôi dùng mô hình 1  1360kg / m và độ nhớt động lực 3 tính toán dòng chảy hai pha để mô phỏng sự 0  10Pas . Ở điều kiện ban đầu áp đặt vận hình thành và phát triển của sự bất ổn định tốc nằm ngang u ( z ) của dòng chảy và nồng Kelvin-Helmholtz. Bài toán được xét trên độ khối  ( z ) . Chúng được xác định bởi một kênh hở tuần hoàn theo hướng của trục (xem hình 1). Ox . Kích thước của kênh là 3m chiều dài và 3m chiều cao, lớp trên là một lớp nước và lớp dưới là một lớp bùn cát. Ở điều kiện ban đầu áp đặt vận tốc nằm ngang của dòng chảy. Trường vận tốc có một điểm uốn tại giao diện của nước và bùn cát. Mô hình được tính toán trên lưới chia đều với số nút lưới là 301 301 . 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (a) Mô hình hai pha Trong mô hình dòng chảy hai pha chúng tôi sử dụng mô hình Euler-Euler để biểu diễn các hệ phương trình dòng chảy của các hạt lỏng và các hạt rắn. Xuất phát từ hệ phương trình Navier-Stokes, chúng tôi dùng các công thức của Drew & Lahey [2] để xây dựng các phương trình bảo toàn khối lượng và phương trình chuyển động. b) Cấu hình bài toán nghiên cứu Bài toán được tính toán trên một kênh hở tuần hoàn theo hướng của trục Ox . Kích thước của kênh được xác định là hình vuông với 3m chiều dài và 3m chiều cao, lớp trên là một lớp nước và lớp dưới là một lớp bùn cát. Tỉ khối của nước được xác định là Hình 1. Trường vận tốc và nồng độ khối 97
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN : 978-604-82-1710-5  zh u( z)  U 0 F  ,   ;    zh  ( z )   0  1  F   ,  ;    1     y   1  erf    , y  0      F , y    1  1    1  erf  y            ở đó erf là “error function”,  là độ dày của phần mà vận tốc có thay đổi, h là độ dày của lớp cát phía dưới,  là hằng số. Trong bài toán này ta chọn h  1m ,   0.3m và   0.1 . 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Trong [5] chúng tôi đã nghiên cứu với trường hợp lưới thô 101101 nút lưới ở đó chúng ta đã thấy rằng sự bất ổn định Kelvin-Helmholtz chỉ xuất hiện trong trường hợp số Richardson Ri nhỏ hơn 0.25 điều này phù hợp với các kết quả nghiên cứu trước đó của Milles [3]. Trong [6] chúng tôi đã thực hiện mô phỏng với bốn loại lưới thô, trung bình, lưới mịn và lưới siêu mịn. So sánh các kết quả mô phỏng nhận được đối với các loại lưới trong bài báo này chúng tôi lựa chọn lưới mịn (F) với 301 301 nút lưới để nghiên cứu. Trong mô phỏng này bước thời gian được chọn là 5 104 (s), vận tốc U 0  2.5 m/s tương ứng với hằng số Richardson Ri  0.113 . Đường kính của hạt chất rắn được mô phỏng là 50 m (cát mịn). Hình 2 cho chúng ta thấy đường mức của nồng độ khối mô phỏng tại các thời điểm khác nhau. Từ thời điểm t  17 s ở bề mặt xoáy bắt đầu được hình thành. Chú ý rằng trong các thời điểm trước đó (trước t  17 s) ở bề mặt vẫn còn ổn định. Sự bất ổn định được tiếp tục hình thành và phát triển lớn lên trong khoảng thời gian từ 17s đến 20.5s. Xoáy phát triển lớn nhất tại thời điểm 20.5s. Hình 2. Nồng độ khối 98
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN : 978-604-82-1710-5 Hình 3 cho chúng ta thấy đường mức của dày, các vùng “noyau” và “périphérique” vẫn độ nhớt mô phỏng tại các thời điểm ứng với chưa phát triển hoàn toàn. Chúng ta có thể hình 2. Bắt đầu từ thời điểm t  18 s độ nhớt quan sát khá rõ 3 vùng đó tại thời điểm 20s: bắt đầu xuất hiện tuy nhiên chúng ta còn khó Vùng “cordon” đã mảnh hơn và hai vùng có thể phân biệt ba vùng “noyau”, “noyau” và “périphérique” phát triển mạnh “périphérique” và “cordon”. Ở thời điểm 19s mẽ. Tại thời điểm t= 20.5s các vùng phát vùng “cordon” đã xuất hiện nhưng vẫn còn triển hoàn toàn và được quát sát rõ nét nhất. Hình 3. Độ nhớt 4. KẾT LUẬN [3] Milles, J. W. (1961), On the stability of heterogeneous shear flows, J. Fluid Mech, Nhờ mô hình tính toán dòng chảy hai pha 10, 496-508. chúng tôi đã mô phỏng sự hình thành và phát [4] Nguyen D.H., Guillou S., Nguyen K.D., triển của quá trình bất ổn định Kelvin- Pham Van Bang D., Chauchat J. (2012), Helmholtz xuất hiện ở bề mặt bùn cát khi tốc Simulation of dredged sediment releases độ dòng đủ lớn (số Richardson Ri nhỏ hơn into homogeneous water using a two-phase 0.25 ) và có điểm uốn tại bề mặt. Trong các model. Advances in Water Resources 48 nghiên cứu tiếp theo chúng ta còn có thể xem (2012) 102–112. xét sự ảnh hưởng của kích thước hạt chất rắn http://dx.doi.org/10.1016/j.advwatres.2012. đến sự hình thành và phát triển sự bất ổn định 03.009. Kelvin-Helmholtz. [5] Nguyễn Đức Hậu, Nguyễn Thị Lý, Sylvain Guillou, Kim Dan Nguyen (2013), Nghiên 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO cứu sự bất ổn định Kelvin-Helmholtz ở bề [1] Caulfield, C. P., and W. R. Peltier (2000), mặt bùn cát, Tuyển tập hội nghị thường The anatomy of the mixing transition in niên 2013 của trường Đại học Thủy lợi. homogeneous and stratified free shear layers, [6] Nguyễn Đức Hậu, Nguyễn Thị Lý, Sylvain Journal of Fluid Mechanics, 413, 1-47. Guillou, Kim Dan Nguyen (2014), Nghiên [2] Drew D.A. and Lahey R.T.: Analytical cứu sự ảnh hưởng của lưới trong mô hình Modelling of Multiphase Flow, in Particulate tính toán sự bất ổn định Kelvin-Helmholtz, Two-Phase Flow, ed. M.C. Roco, Tuyển tập hội nghị thường niên 2014. Butterworth-Heinemann, Boston, (1993). Trường Đại học Thủy lợi. 99
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN : 978-604-82-1710-5 100

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright ©2025 TaiLieu.VN. All rights reserved.