Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией



Скачать 28.11 Kb.
Дата01.05.2013
Размер28.11 Kb.
ТипСеминар

Семинар лаборатории нелинейных процессов в газовых средах МФТИ

Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред,

турбулентностью и стратификацией
С.Н.Яковенко
Институт теоретической и прикладной механики СО РАН им. С.А.Христиановича

ул. Институтская, 4/1, Новосибирск 630090, Россия (e-mail: s.yakovenko@mail.ru)
В докладе представлены результаты численного исследования современными методами (RANS, DNS, LES) несжимаемых течений: (а) с поверхностью раздела (ПР) несмешивающихся сред, (б) при обрушении внутренних волн в устойчиво стратифицированной среде.

Под ПР подразумевается граница как между текучей средой и твердым телом (напр., в потоке с выступом в пограничном слое и канале), так и между двумя текучими средами (напр., в системе вода-воздух). При разрешении ПР несмешивающихся текучих сред использована «континуальная» модель поверхностного натяжения, тестируемая для задачи неустойчивости Рэлея-Тейлора (НРТ) [1]. Результаты показывают, что среднее значение yf амплитуд ПР на правой и левой сторонах расчетной области сначала растет по экспоненте, что соответствует линейной устойчивости c постоянной скоростью n = d(ln yf)/dt, увеличивающейся с ростом числа Рейнольдса. Величина n* = n(ν/g2)1/3 имеет немонотонное поведение в согласии с данными теории [2]. Как и вязкость, поверхностное натяжение оказывает демпфирующий эффект [1] в соответствии с экспериментом. Применение развитых методов для реальных сред (вода-воздух) приводит к хорошему воспроизведению как в области линейной устойчивости, так и в нелинейной области с насыщением скорости роста НРТ. Если перепад плотности сред невелик, на вертикальных участках ПР в нелинейной стадии возникает неустойчивость Кельвина-Гельмгольца, приводящая к появлению характерных грибо-образных структур. При большом перепаде плотностей таких эффектов нет и более тяжелая среда глубоко проникает в более легкую, образуя высокие колонны, как и в [3]. Неучет поверхностного натяжения приводит к завышению скорости роста и ложному искажению и фрагментации ПР. Развитый алгоритм корректно описывает рост НРТ в пределах разброса данных опыта [3].

При моделировании обрушения внутренних волн в стратифицированном потоке [4], набегающем с постоянной скоростью на препятствие (холм), в некоторых локализованных областях также возникают неустойчивые слои с резкими положительными градиентами плотности. При больших числах Рейнольса или Шмидта в этих слоях отчетливо видны грибоподобные структуры, свидетельствующие о нелинейной стадии развития НРТ. Эти конвективные структуры аналогичны наблюдаемым для двухфазной среды и приводят к формированию хорошо перемешанной квазистационарной области развитой турбулентности, в которой вертикальные градиенты плотности становятся малыми.
Проведен анализ структуры и эволюции возникающей зоны турбулентности, в частности, получены результаты по балансу уравнения переноса кинетической энергии турбулентности k. Порождение плавучести G, осредненное по области турбулентности, относительно мало, как и скорость роста k, а также члены молекулярной и турбулентной диффузии, так что имеет место глобальный баланс между порождением средним сдвигом скорости, диссипацией ε и адвекцией. Глобальное значение эффективности смешения (Γ = G/ε = 0,2) соответствует данным наблюдений в океанологических приложениях. Обсуждаются результаты применения подсеточной модели при высоком числе Шмидта для описания турбулентности, возникающей в устойчиво стратифицированном потоке над холмом. В градиентной модели типа Смагоринского, турбулентное число Шмидта должно быть около 0,3 (как в [5] при LES-расчете плавучих струй) для рассматриваемой турбулентной области со слабо-неустойчивой стратификацией в зоне обрушения внутренних волн.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (№ 12-01-00050-а).


  1. Яковенко С.Н., Чан К.С. // Теплофизика и аэромеханика. 2011. Т. 18. С. 449-461.

  2. Chandrasekar S. Hydrodynamic and hydromagnetic stability. Oxford: Clarendon Press, 1961.

  3. Lewis D.J. // Proc. R. Soc. Lond. A. 1950. Vol. 202. P. 81-96.

  4. Yakovenko S.N., Thomas T.G., Castro I.P. // J. Fluid Mech. 2011. Vol. 677. P. 103-133.

  5. Zhou X., Luo K.H., Williams J.J.R. // Theoret. Comput. Fluid Dynamics. 2001. Vol. 15. P. 95-120.

Похожие:

Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconМоделирование процессов энергообмена в сильнозакрученных сжимаемых потоках газа и плазмы 01. 02. 05 Механика жидкости газа
Официальные оппоненты: член-корр. Ран, доктор физико-математических наук, профессор
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconДавление в жидкости и газе. Расчет давления жидкости на дно и стенки сосуда
Выяснить механизм возникновения давления жидкости и газа на некотором уровне, получить выражение для расчета давления жидкости на...
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconИ газа с помощью современных программных продуктов а. Н. Кочевский, канд техн наук
Ситуация еще более усложняется при наличии теплопереноса, при рассмотрении течений смеси нескольких веществ, течений со свободными...
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconКонвекция это процесс переноса энергии потоками жидкости или газа
Конвективные движения являются неотъемлемыми элементами многих природных процессов, наблюдаемых в атмосфере и океанах Земли, а также...
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconРазработка универсального программного кода для решения трехмерных нестационарных задач механики сплошных сред
Настоящая дипломная работа посвящена математическому моделированию нестационарных течений вязкой несжимаемой жидкости в двумерных...
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconРазработка универсального программного кода для решения трехмерных нестационарных задач механики сплошных сред
Настоящая дипломная работа посвящена математическому моделированию нестационарных течений вязкой несжимаемой жидкости в двумерных...
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconНелинейные эффекты в тепловой конвекции вязкоупругих жидкостей в статическом и модулированном поле тяжести 01. 02. 05 Механика жидкости, газа и плазмы
Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте механики сплошных сред Уральского отделения ран
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconПрименение квазигидродинамических уравнений для математического моделирования течений вязкой несжимаемой жидкости 05. 13. 18 "Математические моделирование, численные методы и комплексы программ"
Работа выполнена на кафедре вычислительных методов факультета вычислительной математики и кибернетики Московского государственного...
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconЗадача: определить коэффициент поверхностного натяжения воды
На поверхности раздела жидкости и иной среды возникает явление, вызванное взаимодействием молекул жидкости с молекулами граничащей...
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconМеханики жидкости, газа и плазмы
Уравнения газодинамики в консервативной и простейшей формах. Эйлеровы и лагранжевы координаты. Моделирование диссипативных процессов...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org