Лабораторное исследование нестационарных конвективных течений с геофизическими приложениями

Авторы

  • А.Н. Сухановский Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • А.Ю. Васильев Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • А.В. Евграфова Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • А.М. Павлинов Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Е.Н. Попова Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • В.А. Щапов Институт механики сплошных сред УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.7242/2658-705X/2020.4.4

Ключевые слова:

конвекция, интенсивные вихри, лабораторное моделирование, PIV, геофизические течения

Аннотация

Целью работы является экспериментальное исследование конвективных течений от локализованного источника тепла с геофизическими приложениями, в качестве которых рассмотрены лабораторный аналог тропического циклона и конвективная циркуляция на масштабе мегаполиса. Основное внимание уделено изучению роли вторичных, мелкомасштабных структур в пограничном слое на интенсификацию теплообмена. Экспериментально исследованы особенности процесса теплообмена от локализованного источника тепла в цилиндрическом слое для различных значений числа Прандтля и аспектных отношений. Проведено лабораторное исследование влияния конвективных валов на усиление теплового потока с поверхности моря и инициирования процесса быстрой интенсификации тропических циклонов. Реализован оригинальный подход обеспечивающий сопряжение измерительных систем и суперкомпьютера. Предложена и апробирована методика для лабораторного моделирования воздушных потоков и процессов теплообмена на масштабах мегаполисов.

Поддерживающие организации
Работа выполнена в рамках гранта РФФИ № 17-45-590846 - урал.

Биографии авторов

  • А.Н. Сухановский, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт механики сплошных сред УрО РАН - филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН (ИМСС УрО РАН)
  • А.Ю. Васильев, Институт механики сплошных сред УрО РАН

    кандидат физико-математических наук, научный сотрудник,"ИМСС УрО РАН"

  • А.В. Евграфова, Институт механики сплошных сред УрО РАН

    кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник, "ИМСС УрО РАН"

  • А.М. Павлинов, Институт механики сплошных сред УрО РАН

    кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник, "ИМСС УрО РАН"

  • Е.Н. Попова, Институт механики сплошных сред УрО РАН

    кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, "ИМСС УрО РАН"

  • В.А. Щапов, Институт механики сплошных сред УрО РАН

    кандидат технических наук, младший научный сотрудник, "ИМСС УрО РАН"

Библиографические ссылки

  1. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М., Непомнящий А.А. Устойчивость конвективных течений // - М.: Наука, 1989. 320 с.
  2. Зимин В.Д., Фрик П.Г. Турбулентная конвекция // М.: Наука, 1988. - 178 с.
  3. Siggia E.D. High Rayleigh number convection // Annu. Rev. Fluid Mech., 1994. - Vol. 26. - P. 137-168.
  4. Ahlers G., Grossmann S., Lohse D. Heat transfer and large-scale dynamics in turbulent Rayleigh-Benard convection // Rev. Mod. Phys. - 2009. - Vol. 81. - P. 503-537.
  5. Chilla F., Schumacher J. New perspectives in turbulent Rayleigh-Benard convection // Eur. Phys. J.E. - 2012. - Vol. 35, 58.
  6. Oztop H.F., Estelle P., Yan W.-M., Al-Salem K., Orfi J., Mahian O. A brief review of natural convection in enclosures under localized heating with and without nanofluids // Int. Comm. Heat Mass Tran., - 2015. - Vol. 60. - P. 37-44.
  7. Sukhanovskii A., Evgrafova A., Popova E. Horizontal rolls over localized heat source in a cylindrical layer// Phys. Nonlinear Phenom. - 2016. - Vol. 316. - P. 23-33.
  8. Bakhuis D., Ostilla-Monico R., van der Poel E.P., Verzicco R., Lohse D. Mixed insulating and conducting thermal boundary conditions in Rayleigh-Benard convection // J. Fluid Mech. - 2018. - Vol. 835. - P. 491-511.
  9. Emanuel K. 100 years of progress in tropical cyclone research // Meteorol. Monogr. 59:15-1. (2018), https://doi.org/10.1175/AMSMONOGRAPHS-D-18-0016.1.
  10. Vigh J.L. Tropical cyclone intensity change: internal influences-rapporteur report, topic 3.1 // Conference paper IWTC-9. - 2018. - P. 1-72.
  11. Kreizer, M., Ratner, D., Liberzon, A. Real-time image processing for particle tracking Velocimetry // Exp. Fluids 48(1). - P. 105-110 (2010).
  12. Willert C.E., Munson M.J., Gharib M. Real-time particle image velocimetry for closed-loop flow control applications // In: 15th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics (2010).
  13. Yu H., Leeser M., Tadmor G., Siegel S. Real-time particle image velocimetry for feedback loops using FPGA implementation // J. Aerosp. Comput. Inf., Commun. - 2006. - Vol. 3(2). - P. 52-62.
  14. Gautier N., Aider J.L. Real-time planar flow velocity measurements using an optical flow algorithm implemented on GPU // J. Vis. - 2015. - Vol. 18(2). - P. 277-286.
  15. Arnfield, A.J. Two decades of urban climate research: a review of turbulence, exchanges of energy and water, and the urban heat island // Int. J. Climatol., - 2003. - Vol. 23: 1-26. doi:10.1002/joc.859.
  16. Sessa V., Xie Z.T., Herring S. Thermal stratification effects on turbulence and dispersion in internal and external boundary layers // Boundary-Layer Meteorology. - 2019.
  17. Grylls T. [et al.] Steady-State Large-Eddy Simulations of Convective and Stable Urban Boundary Layers // Boundary Layer Meteorology. - 2020. - Т. 175. - №. 3. - С. 309-341.
  18. Evgrafova A., Sukhanovskii A. Specifics of heat flux from localized heater in a cylindrical layer // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2019. - Т. 135. - С. 761-768.
  19. Sukhanovskii A., Popova E. The Importance of Horizontal Rolls in the Rapid Intensification of Tropical Cyclones // Boundary-Layer Meteorology. - 2020. - С. 1-18. https://doi.org/10.1007/s10546-020-00503-2.
  20. Щапов В.А., Евграфова А.В., Масич Г.Ф. [и др.] Применение суперкомпьютерной обработки данных от измерительных систем для проведения экспериментов с обратной связью // Программные системы: теория и приложения, - 2018, - Vol. 9:1(36), С. 3-19.
  21. Stepanov R., Sozykin A. Distributed PIV Technology: Network Storage Usage // CEUR Workshop Proceedings. - CEUR-WS, - 2017. - Т. 1990. - С. 121-129.
  22. Sukhanovskii A.,Shchapov V., Pavlinov A., Popova E. Laboratory model of tropical cyclone with controlled forcing // Journal of Physics: Conference Series, - 2018/ - Vol. 1128. - 012133, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1128/1/012133.
  23. Sukhanovskii A. [et al.] Different aspects of laboratory analog of tropical cyclone // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - IOP Publishing, 2019. - Т. 231. - №. 1. - С. 012052.

Загрузки

Опубликован

2021-01-12

Выпуск

№ 4 (2020)

Раздел

Исследования: теория и эксперимент

Как цитировать

Сухановский, А., Васильев, А., Евграфова, А., Павлинов, А., Попова, Е., & Щапов, В. (2021). Лабораторное исследование нестационарных конвективных течений с геофизическими приложениями. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, 4, 47-54. https://doi.org/10.7242/2658-705X/2020.4.4