ГИДРОДИНАМИКА И АКУСТИКА

2018 ◊ Том 1 (91) ◊ Номер 3 ◊ с. 316-333

Н. Ф. Димитриева^{* , **}

^* Институт гидромеханики НАН Украины, Киев, Украина
^** Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского"

Течения около двумерного горизонтального клина в устойчиво стратифицированной жидкости

Gidrodin. akust. 2018, 1(3):316-333

https://doi.org/10.15407/jha2018.03.316

ЯЗЫК ТЕКСТА: Русский

АННОТАЦИЯ

Изучены течения непрерывно стратифицированной жидкости, которые характеризуются широким диапазоном значений внутренних масштабов, отсутствующих в однородной жидкости. Задача решена численными методами в двумерной нестационарной постановке для покоящейся и равномерно движущейся жидкости. Для математического описания проблемы выбрана система дифференциальных уравнений механики неоднородных многокомпонентных жидкостей в приближении Буссинеска, когда малые изменения плотности учитываются только в членах, описывающих действие силы тяжести. Поставленная задача решена методом конечных объемов в открытом пакете OpenFOAM. При этом особое внимание уделялось созданию качественной высокоразрешающей расчетной сетки, которая учитывала бы многомасштабность течений, индуцированных диффузией. Обсуждены вопросы использования стандартных и расширенных утилит пакета OpenFOAM с целью реализации сложных граничных условий и разработки собственных численных моделей. В качестве начальных условий задачи обтекания клина внешним потоком стратифицированной среды использовались ранее рассчитанные поля течений, индуцированных прерыванием диффузионного переноса неподвижным клином, которые качественно согласуются с данными лабораторных опытов. Показано влияние краевых эффектов и кривизны боковой поверхности на структуру течения. Результаты расчетов обнаружили у острой вершины протяженную область дефицита давления, которая формирует интегральную силу, вызывающую самодвижение свободного клина в направлении вершины вдоль горизонта нейтральной плавучести в покоящейся устойчиво стратифицированной среде. Продемонстрирована эволюция картины обтекания клина стратифицированным потоком, который начал равномерно двигаться из состояния покоя со скоростью 10^-4 м/с. Во всех режимах течение характеризуется сложной внутренней структурой, в которой вначале выражены диссипативно-гравитационные волны, а затем - группа присоединенных волн, образующихся в противофазе у кромок клина. С увеличением скорости внешнего потока основным компонентом течения становятся вихри, доминирующие в следе.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

численное моделирование, открытые вычислительные пакеты, стратификация, течения жидкостей, диффузия, самодвижение

ЛИТЕРАТУРА