Двумерные и квазидвумерные расчеты турбулентной конвекции в вертикальных слоях

Численно исследована турбулентная конвекция Релея–Бенара в ограниченном твердыми стенками вертикальном слое размерами 1×Г×1 (Г – аспектное отношение, характеризующее толщину слоя) в рамках двумерной (2D) и квазидвумерной (Q2D) постановок. Основные расчеты выполнены для числа Релея Ra=2,2·10 9 и числа Прандтля Pr=7. Проведено сравнение с результатами экспериментальных исследований турбулентной конвекции, возникающей в заполненной водой и подогреваемой снизу полости размерами 250× d ×250 мм 3 (размер d варьировался от 15 до 50 мм). Показано, что при аспектном отношении Г≤0,1 даже в рамках грубой модели линейного трения, использовавшейся в Q2D расчетах, учет трения на боковых границах позволяет получить реалистичную структуру турбулентного потока. При этом Q2D модель не только правильно описывает динамику крупномасштабного течения в слое, но и воспроизводит структуру распределения спектральной плотности энергии пульсаций скорости.