Численное моделирование динамики и структуры индуцированного диффузией течения на клине
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2015.8.1.9Ключевые слова:
численное моделирование, открытые вычислительные пакеты, стратифицированные течения, фундаментальная система, эволюция структурыАннотация
Рассмотрена задача формирования возмущений в стратифицированной среде, обусловленных внесением клиновидного препятствия, нарушающего однородность фонового диффузионного потока и формирующего сложную систему медленных течений. Для математического описания поставленной задачи выбрана фундаментальная система дифференциальных уравнений механики неоднородных многокомпонентных сред. Предложена методика численного моделирования течений непрерывно стратифицированных жидкостей, реализованная в оригинальном решателе пакета OpenFOAM с открытым исходным кодом. Дискретизация расчетной области выполнена с использованием утилит blockMesh, topoSet и refineMesh открытого пакета OpenFOAM, а также открытой интегрируемой платформы SALOME. Проведен сравнительный анализ различных методов построения эффективных высокоразрешающих расчетных сеток для изучаемых физических процессов. Осуществлены высокоразрешающие расчеты в физически достижимом диапазоне параметров задачи. Вычисления реализованы в параллельном режиме с привлечением ресурсов виртуальной вычислительной лаборатории UniHUB. Для визуализации данных применены графические пакеты ParaView и Origin. Результаты расчетов показали хорошую работоспособность предложенной методики численного моделирования индуцированных диффузией течений на клине в устойчиво стратифицированной жидкости. Рассчитаны картины полей различных физических величин, установлена разность давлений между вершиной и основанием клина, создающая пропульсивную силу - источник наблюдаемого самодвижения свободного тела на горизонте нейтральной плавучести.
Скачивания
Библиографические ссылки
Прандтль Л. Гидроаэромеханика. - М.: ИЛ, 1949. - 520 c.
2. Shapiro A., Fedorovich E. A boundary-layer scaling for turbulent katabatic flow // Bound.-Lay. Meteorol. - 2014. - Vol. 153, no. 1. - P. 1-17. DOI
3. Phillips O.M. On flows induced by diffusion in a stably stratified fluid // Deep-Sea Res. - 1970. - Vol. 17, no. 3. - P. 435-443. DOI
4. Allshouse M.R., Barad M.F., Peacock T. Propulsion generated by diffusion-driven flow // Nature Physics. - 2010. - Vol. 6. - P. 516-519. DOI
5. Page M.A. Fluid dynamics: Propelled by diffusion // Nature Physics. - 2010. - Vol. 6. - P. 486-487. DOI
6. Mercier M.J., Ardekani A.M., Allshouse M.R., Doyle B., Peacock T. Self-propulsion of immersed objects via natural convection // Phys. Rev. Lett. - 2014. - Vol. 112. - 204501(5). DOI
7. Чашечкин Ю.Д., Загуменный Я.В. Течения непрерывно стратифицированной жидкости, индуцированные прерыванием диффузионного переноса неподвижной пластиной // Морской гидрофизический журнал. - 2012. - № 5. - С. 3-23.
8. Чашечкин Ю.Д. Дифференциальная механика жидкостей: согласованные аналитические, численные и лабораторные модели стратифицированных течений // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. - 2014. - № 6(57). - C. 67-95. http://vestniken.bmstu.ru/articles/547/547.pdf (дата обращения: 01.04.2015).
9. Байдулов В.Г., Чашечкин Ю.Д. Сравнительный анализ симметрий моделей механики неоднородных жидкостей // ДАН. - 2012. - Т. 444, № 1. - C. 38-41. DOI
10. Димитриева Н.Ф., Загуменный Я.В. Численное моделирование стратифицированных течений с использованием OpenFOAM // Труды Института системного программирования РАН. - 2014. - T. 26, № 5. - С. 187-200. DOI
11. Chashechkin Yu.D., Mitkin V.V. A visual study on flow pattern around the strip moving uniformly in a continuously stratified fluid // J. Visualiz. - 2004. - Vol. 7, no. 2. - P. 127-134. DOI
12. Волков К.Н. Применение метода контрольного объема для решения задач механики жидкости и газа на неструктурированных сетках // Вычислительные методы и программирование. - 2005. - Т. 6, № 1. - С. 43-60.
13. Чирков Д.В., Черный С.Г. Сравнение точности и сходимости некоторых TVD-схем // ЖВТ. - 2000. - T. 5, № 5. - С. 86-107.
14. Jang D.S., Jetli R., Acharya S. Comparison of the PISO, SIMPLER, and SIMPLEC algorithms for the treatment of the pressure-velocity coupling in steady flow problems // Numer. Heat Tr. A-Appl. - 1986. - Vol. 10, no. 3. - P. 209-228. DOI
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2015 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.