ПРЯМОЕ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХМЕРНОГО ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ В НАКЛОННОМ СЛОЕ
Автор: Иван Володин
Соавторы: Алабужев А.А.
Организация: УрО РАН Институт Механики Сплошных Сред
Течения в слоях жидкости и тонких пленках на подложке привлекают большое внимание как с теоретической, так и с прикладной точки зрения [1]. Возможности нахождения аналитических решений гидродинамических систем, в особенности турбулентных с большим числом Рейнольдса (Re), часто ограничены, поэтому в этой сфере существует огромное количество разнообразных численных подходов [2]. Основное внимание в таких задачах уделяется изучения влияния диссипации. Информацию о влиянии вязкости можно получить при изучении среднего профиля скорости: точки перегиба которого будут определять разные области течения [3,4].
В данной работе рассматривается наклонная трехмерная полость с развитым турбулентным течением в поле тяжести. Граничные условия на боковых стенках периодические, на нижней границе – условия прилипания, на верхней свободной недеформируемой границе – условие непротекания и отсутствие касательных напряжений.
Задача решалась численно, на сетке до 1000х1000х500 узлов с адаптивным шагом по вертикальной координате при помощи MAC-метода на разнесенной сетке при Re~10-10000 [3, 4]. Описание метода можно найти в работах [5, 6]. Программный код был написан на языке С++.
Выбор именно таких размеров для вычислительной области продиктован наличием вязкого слоя Стокса l~Re -1/2 и, соответственно, для разрешения этого пограничного слоя необходимо использовать сетку с большим разрешением. Удвоенный пространственный размер по горизонтальным координатам отвечает за вытянутость области.
Построенные осредненные поля скорости вблизи твердой поверхности отвечают логарифмическому закону, при отдалении от пограничного слоя скорость соответствует закону вязкого трения.
Работа выполнена при поддержке бюджетной темы № 121112200078-7.