Přejít k obsahu


Thermodynamic Stability Condition of Swirling Flows in Convergent Vortex Tubes

Citace:
SEIBOLD, F.., WEIGAND, B.., MARŠÍK, F.., NOVOTNÝ, P.. Thermodynamic Stability Condition of Swirling Flows in Convergent Vortex Tubes. In INTERNATIONAL GAS TURBINE CONGRESS (IGTC) 2019 TOKYO. Tokyo 160-0023 Japan: Gas Turbine Society of Japan, 2019. s. NESTRÁNKOVÁNO. ISBN: 978-4-89111-010-9 , ISSN: neuvedeno
Druh: STAŤ VE SBORNÍKU
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Thermodynamic Stability Condition of Swirling Flows in Convergent Vortex Tubes
Rok vydání: 2019
Místo konání: Tokyjo
Název zdroje: Gas Turbine Society of Japan
Autoři: Florian Seibold , Bernhard Weigand , prof. Ing. František Maršík DrSc. , Ing. Pavel Novotný
Abstrakt CZ: Vírové proudění je významné pro technické aplikace, které vyžadují účinný přenos tepla a efektivní smíšení tekutin, jako je například chlazení. Proudění v těchto aplikacích je nestabilní, a proto může nastat rozpad víru. V rámci příspěvku je provedena analýza fyzikálních dějů a numerická analýza konvergentní vírové trubice. Vírová trubice konstantního průměru je porovnána s třemi trubicemi odlišného profilu ? s klesajícím průměrem ve směru toku. Právě tyto tři trubice dosahují konvergenčního úhlu of 0.41°, 0.61° a 0.72°. Numerická analýza byla provedena s využitím Delayed Detached Eddy Simulations s Reynoldsovým číslem 10 000 a vírovým číslem 5,3. Analýza dat byla provedena ve smyslu studie axiální a obvodové distribuce rychlosti, lokální intenzity víru a termodynamické stability založené na druhém zákonu termodynamiky. Z výsledků vyplývá, že v dané situaci dochází k urychlení toku v axiálním i obvodovém směru. Tedy, tlakový gradient v axiálním směru ovlivňuje axiální zpětný tok tak, že zabraňuje rozpadu víru. Obecná termodynamická analýza však ukazuje, že konvergentní trubice obecně nemá vliv na stabilitu toku.
Abstrakt EN: Swirling flows are important for technical applications that require high heat transfer and enhanced fluid mixing such as cyclone cooling applications. However, the flow in such systems is unstable and thus vortex breakdown may occur. In order to improve the physical understanding of this phenomenon a numerical analysis of convergent vortex tubes is presented here. A swirl chamber featuring a constant diameter was compared to three different geometries comprising linearly decreasing diameters in flow direction. The latter ones reached a convergence angle of 0.41°, 0.61° and 0.72°. The numerical calculations were conducted as Delayed Detached Eddy Simulations at a Reynolds number of 10,000 and a Swirl number of 5.3. The data was analyzed in terms of axial and circumferential velocity distributions, local swirl strength as well as a thermodynamic stability condition that is based on the second law of thermodynamics. The results show that convergent vortex tubes cause a flow acceleration in circumferential and axial direction. Thus, a favorable pressure gradient in axial direction arises, which counteracts the axial backflow and hence prevents the vortex breakdown phenomenon. However, the analysis of the thermodynamic stability condition seems to indicate that convergent geometries are in general not capable of increasing the overall flow stability.
Klíčová slova

Zpět

Patička