Численное моделирование динамики и структуры индуцированного диффузией течения на клине
Автор: Димитриева Наталья Федоровна, Чашечкин Юлий Дмитриевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 1 т.8, 2015 года.
Бесплатный доступ
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.
Численное моделирование, открытые вычислительные пакеты, стратифицированные течения, фундаментальная система, эволюция структуры
Короткий адрес: https://sciup.org/14320748
IDR: 14320748 | DOI: 10.7242/1999-6691/2015.8.1.9
Список литературы Численное моделирование динамики и структуры индуцированного диффузией течения на клине
- Прандтль Л. Гидроаэромеханика. -М.: ИЛ, 1949. -520 c.
- Shapiro A., Fedorovich E. A boundary-layer scaling for turbulent katabatic flow//Bound.-Lay. Meteorol. -2014. -Vol. 153, no. 1. -P. 1-17.
- Phillips O.M. On flows induced by diffusion in a stably stratified fluid//Deep-Sea Res. -1970. -Vol. 17, no. 3. -P. 435-443.
- Allshouse M.R., Barad M.F., Peacock T. Propulsion generated by diffusion-driven flow//Nature Physics. -2010. -Vol. 6. -P. 516-519.
- Page M.A. Fluid dynamics: Propelled by diffusion//Nature Physics. -2010. -Vol. 6. -P. 486-487.
- 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).
- Чашечкин Ю.Д., Загуменный Я.В. Течения непрерывно стратифицированной жидкости, индуцированные прерыванием диффузионного переноса неподвижной пластиной//Морской гидрофизический журнал. -2012. -№ 5. -С. 3-23.
- 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).
- Байдулов В.Г., Чашечкин Ю.Д. Сравнительный анализ симметрий моделей механики неоднородных жидкостей//ДАН. -2012. -Т. 444, № 1. -C. 38-41.
- 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.
- 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.
- 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.
- Чирков Д.В., Черный С.Г. Сравнение точности и сходимости некоторых TVD-схем//ЖВТ. -2000. -T. 5, № 5. -С. 86-107.
- 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.
