Опорные коэффициенты эффективной вязкости при обтекании

УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
А.С. КОРСУН, В.А. ПОНОМАРЕВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ОПОРНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ЭФФЕКТИВНОЙ ВЯЗКОСТИ ПРИ ОБТЕКАНИИ СТЕРЖНЕВЫХ СБОРОК
В ПРИБЛИЖЕНИИ КОНТИНУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ
Приведен анализ имеющихся экспериментальных данных и различных подходов, позволяющих получить функциональные зависимости базовых коэффициентов вязкого переноса импульса и намечены пути дальнейшего их уточнения.
Как показали исследования, выполненные в 1, для описания эффективного переноса импульса в произвольном потоке жидкости, обтекающем пористую структуру типа пучков стержней, необходимо ввести, по
крайней мере, три параметра, имеющих смысл коэффициентов эффективной вязкости при определенных условиях течения.
Из всех опорных коэффициентов эффективной вязкости коэффициент,
описывающий перенос продольного (ориентированного вдоль оси стержней) импульса   , является наиболее доступным. Достоверную оценку
для него можно получить по экспериментальным данным о коэффициенте
межканального обмена импульсом  Г . Коэффициент межканального
обмена импульсом является одним из основных параметров поканальной
методики расчета гидродинамики пучков стержней. Подробный обзор
результатов исследований коэффициента межканального обмена различными авторами приводится в работе [2].
При поперечном обтекании регулярного пучка стержней или труб (в
отличие от ортотропного продольного случая) естественным образом выделяются два принципиально отличных друг от друга направления переноса импульса: вдоль пучка стержней и поперек пучка. Каждому из вариантов обтекания в соответствии с континуальной моделью ставится в соответствие свой опорный эффективный коэффициент переноса импульса
  и   .
В имеющейся литературе отсутствуют прямые экспериментальные
данные относительно эффективных коэффициентов вязкого переноса импульса при поперечном обтекании стержневых сборок. Некоторые практические рекомендации по оценке коэффициентов переноса поперечного
импульса можно извлечь из работы [3], посвященной экспериментальному определению эффективного коэффициента теплопроводности при поISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 1
21
УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
перечном обтекании системы стержней. Проведенный на основе гидротепловой аналогии анализ показал, что эффективная вязкость при поперечном обтекании стержней в направлениях вдоль и поперек стержней
может заметно отличаться, особенно при малых значениях относительных
шагов решетки.
В последнее время цикл работ с использованием « k   » модели турбулентности, направленных на описание эффективного турбулентного
переноса в поперечно обтекаемых квадратных пучках стержней, выполнен авторами работы [4].
Сопоставляя результаты оценок опорных коэффициентов эффективной
вязкости полученных на основании экспериментальных данных об эффективной теплопроводности и теоретических оценок с использованием
« k   » модели турбулентности следует отметить наличие ряда принципиальных противоречий.
На основе проведенного анализа можно сделать следующие выводы:
1. При продольном обтекании пучков стержней поканальная методика
и модель сплошной среды не противоречат друг другу, определение эффективной вязкости   по данным о коэффициенте межканального обмена импульсом представляется достаточно убедительным, так что дополнительных исследований по определению   не требуется.
2. О коэффициентах эффективного переноса поперечного импульса
можно судить только на основании косвенных данных (работы [3, 4]).
Необходимо проведение специальных исследований по определению
опорных коэффициентов   и   . В первую очередь это касается коэффициента   , оценки которого с помощью косвенных методов приводят к противоречивым результатам.
Список литературы
1. Гидромеханика анизотропных пористых структур: Отчет по проекту РНП.2.1.2.3174
аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей
школы (2006-2008 годы)» / МИФИ; Руководитель А.С. Корсун; М., 2006. – 53 с.
2. Жуков А.В., Сорокин А.П., Матюхин Н.М. Межканальный обмен в ТВС быстрых реакторов. М.: Атомиздат, 1989.
3. Межканальный обмен при поперечном обтекании водой пучка труб / В.И. Субботин,
В.В. Харитонов, А.А. Плаксеев, С.В. Алексеев // Теплоэнергетика. 1985. №1. С. 42-44.
4. Pedras M.H.J., de Lemos M.J.S. Computation of Turbulent Flow in Porous Media Using a
Low-Reynolds k   Model and an Infinite Array of Transversally Displaced Elliptic Rods // Numerical Heat Transfer. 2003. Рart A. Vol. 43. P. 585-602.
22
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 1