Численное исследование развития малых возмущений в осесимметричной затопленной струе
Автор: Кирилл Эдуардович Абдульманов
Соавторы: Н. В. Никитин
Организация: НИИ механики МГУ, Москва
В работе проведено численное исследование линейной устойчивости пространственно развивающейся осесимметричной затопленной струи. Жидкость считается вязкой и несжимаемой. Профиль скорости струи в начальном сечении расчётной области в численном расчёте совпадает с профилем скорости струи на срезе сопла в экспериментальной установке лаб. 103 НИИ механики МГУ. Пространственное развитие струи рассчитывается методом установления путём решения уравнений Навье-Стокса. Исследования устойчивости получаемого таким образом стационарного основного течения выполнены в двух постановках: в рамках решения задачи Орра-Зоммерфельда для серии профилей скорости, соответствующих развивающейся струе на разных расстояниях от сопла, и путём решения уравнений Навье-Стокса, линеаризованных около стационарного решения, описывающего основное осесимметричное течение во всей области развития. В этом случае возмущение с заданной частотой ω и азимутальным номером n задаётся во входном сечении расчётной области, а его эволюция вниз по течению рассчитывается путём решения нестационарных уравнений Навье-Стокса. Расчёты проводились при Re=5700 (число Рейнольдса определяется через среднюю скорость и радиус сопла), совпадающем со значением Re в экспериментах, проводимых параллельно в лаб. 103 НИИ механики МГУ.
Найдены значения коэффициентов нарастания возмущений на различных расстояниях от входного сечения при разных частотах и азимутальных номерах. Получено удовлетворительное согласие результатов в двух рассмотренных постановках. Проведено сопоставление с экспериментальными данными и с результатами анализа устойчивости в рамках уравнения Рэлея.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ, проект № 20-19-00404 с использованием оборудования Центра коллективного пользования сверхвысокопроизводительными вычислительными ресурсами МГУ имени М.В. Ломоносова и с использованием вычислительных ресурсов ОВК НИЦ «Курчатовский институт», http://computing.nrcki.ru/.
