Прямое численное моделирование однородной изотропной спиральной турбулентности в пакете ТARANG
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2017.10.4.39Ключевые слова:
спиральная турбулентность, прямое численное моделирование, псевдоспектральный метод, пакет программ TARANGАннотация
Проблема учета влияния турбулентности течения встает при решении как фундаментальных вопросов гео- и астрофизики, так и прикладных задач, возникающих при разработке новых инженерных решений. Трудности применения стандартных положений теории появляются при рассмотрении течений с особой пространственной структурой, например, спиральных течений. Спиральность течения определяет топологию вихрей и сохраняется в процессе каскадного переноса энергии в турбулентном потоке. В данной работе предлагается подход к численному моделированию однородной изотропной спиральной турбулентности, нацеленный на обнаружение характерных признаков формирования инерционного интервала и нахождение распределений спектральных плотностей энергии и спиральности. В рамках подхода используется пакет программ TARANG, предназначенный для численного решения задач динамики жидкости в режиме развитого турбулентного течения и для исследования явлений гидродинамической неустойчивости различной физической природы (температурной конвекции, адвективного переноса пассивных и активных примесей, магнитной гидродинамики, влияния сил Кориолиса). TARANG - это программное обеспечение с открытым исходным кодом, написанное на объектно-ориентированном языке C++, обладающее высокими показателями эффективности распараллеливания вычислений на многопроцессорных компьютерах. Особое внимание в работе уделено применению входящего в пакет набора инструментов для анализа полученных решений. Проведены расчеты спектральных распределений и потоков энергии и спиральности при числах Рейнольдса 5700 и 14000 на сетках 512^3 и 1024^3 соответственно. Выполнена проверка реализуемости спектрального закона «-5/3» и оценка универсальных констант Колмогорова и Бэтчелора в инерциальном интервале масштабов. Анализ функции переноса энергии и спиральности между выделенными масштабами показывает существенный вклад нелокальных взаимодействий в каскадный процесс.
Скачивания
Библиографические ссылки
Колмогоров А.Н. Локальная структура турбулентности в несжимаемой вязкой жидкости при очень больших числах Рейнольдса // Докл. АН СССР. – – Т. 30, № 4. – С. 299-303.
Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. – М: Мир, 1974. – 712 с.
Scheeler M.W., van Rees W.M., Kedia H., Kleckner, D., Irvine W.T.M. Complete measurement of helicity and its dynamics in vortex tubes // Science. – 2017. – Vol. 357, no. 6350. – P. 487-490. DOI
Moffatt, H.K. Helicity–invariant even in a viscous fluid // Science. – 2017. – Vol. 357, no. 6350. – P. 448-449. DOI
Ferziger, J.H., M. Computational Methods for Fluid Dynamics. – Berlin: Springer Verlag, 2002. – 423 p.
Verma M.K., Chatterjee A.G., Reddy S., Yadav R.K., Paul S., Chandra M., Samtaney R. Benchmarking and scaling studies of pseudospectral code Tarang for turbulence simulations // Pramana-J. Phys. – 2013. – Vol. 81, no. 4. – P. 617-629. DOI
Canuto C., Hussaini M.Y., Quarteroni A., Zhang T.A. Spectral Methods in Fluid Turbulence – Berlin: Springer, 1988. – 557 p.
Boyd J.P. Chebyshev and Fourier Spectral Methods. – Second edition. – Dover, 2001. – 688 p.
Alvelius K. Random forcing of three-dimensional homogeneous turbulence // Fluids. – 1999. – Vol. 11, no. 7. – P. 1880-1889. DOI
Kessar M., Plunian F., Stepanov R., Balarac G. Non-Kolmogorov cascade of helicity-driven turbulence // Rev. E. – 2015. – Vol. 92. – P. 031004(R). DOI
Stepanov R., Plunian F., Kessar M., Balarac G. Systematic bias in the calculation of spectral density from a three-dimensional spatial grid // Rev. E. – 2014. – Vol. 90, no. 5. – P. 053309. DOI
McKay M.E., Linkmann M., Clark D., Chalupa A.A., Berera A. Comparison of forcing functions in magnetohydrodynamics // Phys. Rev. Fluids. – – Vol. 2, no. 11. – P. 114604. DOI
Stepanov R., Teimurazov A., Titov V., Verma M.K., Barman S., Kumar A., Plunian F. Direct numerical simulation of helical magnetohydrodynamic turbulence with TARANG code // Proc. of Ivannikov ISPRAS Open Conf. – 2017. DOI
Verma M.K. Statistical theory of magnetohydrodynamic turbulence: recent results // Phys. Rep. – 2004. – Vol. 401, no. 5. – P. 229-380. DOI
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2017 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.