Систематически изучены установившиеся турбулентные течения ньютоновской жидкости в эксцентричном зазоре между двумя цилиндрами с возможным вращением внутреннего цилиндра. Моделирование проводилось на основе модели переноса касательных напряжений Ментера в широком диапазоне чисел Рейнольдса, отношений радиусов и эксцентриситета. Получены данные о зависимости поля течения и падения давления вдоль канала от эксцентриситета, расхода жидкости и вращения внутреннего цилиндра в широком диапазоне параметров. Показано, что характеристики течения определяются тем, какое течение– напорное или вращательное – доминирует и обусловливает генерацию турбулентности. При доминировании вращательного течения перепад давления зависит от расхода практически линейно. При доминировании аксиального течения вращение практически не влияет на перепад давления в случае концентричного канала. Развитие возвратного течения в канале с эксцентриситетом имеет определяющее влияние на перепад давления. В случае, когда доминирует вращательное течение, образование возвратного течения сопровождается пороговым перестроением течения при некотором критическом значении эксцентриситета. Для случая концентрических цилиндров построена корреляция, позволяющая с высокой точностью определять падение давления в канале в различных режимах течения.
In this paper fully developed turbulent flows of Newtonian fluid in cylindrical annulus with eccentricity and rotating inner cylinder has been systematically studied. Modeling has been performed on the base of Menter Shear Transport model of turbulence in a wide range of Reynolds numbers, eccentricity, and radii ratio. As the result dependencies of flow field and pressure drop along the channel on geometrical and flow parameters have been found. It was shown that flow characteristics and dependence of the pressure drop are determined by which flow axial or rotational dominates and caused generation of turbulence. When rotational flow dominates the dependence of the pressure drop is almost linear. When axial flow dominates rotation practically has no impact on the pressure drop in concentric annulus. Appearance of the reverse flow in eccentric channel has a major impact on the pressure drop. In case when rotational flow dominates, appearance of the reverse flow is accompanied by threshold flow restructuring at some critical value of eccentricity. A correlation for determination of the pressure drop in various regimes has been developed for the case of concentric annulus.
