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




Скачать 28.11 Kb.
НазваниеМоделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией
Дата08.03.2013
Размер28.11 Kb.
ТипДокументы

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 iconВозможности моделирования течений жидкости и газа с помощью современных программных продуктов
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 iconНазначение приборов для расхода и количе­ства жидкости, газа и пара
Значение счетчиков и, особенно рас­ходомеров жидкости, газа и пара очень велико. Раньше основное применение имели счетчики воды и...
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconСовременный подход к моделированию и расчету течений жидкости в лопастных гидромашинах
Лишь в последние годы был достигнут существенный прогресс в создании средств моделирования и расчета течений жидкости, позволяющих...
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией icon15. механика жидкости и газа
Представлено учебное оборудование для проведения лабораторного практикума по общепрофессиональным дисциплинам «Механика жидкости...
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией icon«Механика жидкости и газа»
Разработан на основании Государственного общеобязательного стандарта высшего образования специальности 050717 «Теплоэнергетика» госо...
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconПрограмма учебной дисциплины «Гидроаэромеханика»
Задачи курса: Изучение основных разделов гидроаэромеханики, развитие навыков самостоятельно ставить и решать задачи, связанные с...
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconМетодические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Механика жидкости и газа» на тему: осесимметричная затопленная струя
Примерами струйных течений являются: истечение воды из пожарного гидранта, поток расплавленного металла, вытекающего из ковша и т...
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconДоклад профессора Киселева А. Б, аспиранта Захарова П. П
Прямое исследование моделирования некоторых процессов взаимодействия газа с поверхностью
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconПостроение асимптотической теории гиперзвуковых течений неравновесных сред на основе кинетического уравнения Больцмана
Работа выполнена на кафедре теоретической физики Московского государственного областного университета
Моделирование течений жидкости и газа с поверхностью раздела сред, турбулентностью и стратификацией iconТо же, что возбуждённая проводимость
Навье (L. Navier) и англ учёного Дж. Стокса (G. Stokes)], дифференциальные ур-ния движения вязкой жидкости (газа). Для несжимаемой...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница