Исследование распределения завихренности и спиральности в адвективном потоке с вторичными структурами
Автор: Евграфова Анна Валерьевна, Левина Галина Владимировна, Сухановский Андрей Николаевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 4 т.6, 2013 года.
Бесплатный доступ
Численно и экспериментально исследовано распределение завихренности и спиральности в неподвижном цилиндрическом слое жидкости с локализованным нагревом в центральной части. Локализованный нагрев приводит к появлению крупномасштабного течения в виде тороидальной конвективной ячейки. В области нагрева происходит формирование мелкомасштабных вторичных течений и всплывающих локализованных струй. Основной целью работы было изучение структуры полей спиральности и завихренности при взаимодействии сдвигового течения с вертикальными струями. Детально рассмотрены формирование и эволюция вихревых структур в пограничном слое адвективного течения. Показано, что взаимодействие вертикальных конвективных струй с адвективным течением не приводит к появлению существенно отличных от нуля средних значений спиральности и вертикальной компоненты завихренности.
Завихренность, спиральность, вторичные течения, конвекция
Короткий адрес: https://sciup.org/14320696
IDR: 14320696 | УДК: 532.5 | DOI: 10.7242/1999-6691/2013.6.4.49
Study of vorticity and helicity distribution in advective flow with secondary structures
The distribution of vorticity and helicity in a stationary cylindrical fluid layer locally heated at its center is studied numerically and experimentally. Such localized heating leads to the generation of a large-scale flow in the form of a toroidal convective cell. In the heating area, small-scale secondary flows and local upward jets appear. The goal of this study is to investigate helicity and vorticity structures produced by the interaction between the shear flow and the upward jets. Formation and evolution of vortex structures in the boundary layer of advective flows are considered in detail. It is shown that the interaction of convective jets with the advective flow does not give rise to substantial non-zero mean helicities and the vertical component of vorticity.
Список литературы Исследование распределения завихренности и спиральности в адвективном потоке с вторичными структурами
- Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Об устойчивости плоскопараллельного конвективного движения относительно пространственных возмущений//ПММ. -1969. -Т. 33, № 5. -С. 855-860.
- Sukhanovsky A., Batalov V., Teymurazov A., Frick P. Horizontal rolls in convective flow above a partially heated surface//Eur. Phys. J. B. -2012. -V. 85, N. 1. -Р. 1-12.
- Montgomery M.T., Nicholls M.E., Cram T.A., Saunders A.B. A vortical hot tower route to tropical cyclogenesis//J. Atmos. Sci. -2006. -V. 63. -P. 355-386.
- Богатырев Г.П. Возбуждение циклонического вихря или лабораторная модель тропического циклона//Письма в ЖЭТФ. -1990. -Т. 51, № 11. -С. 557-559.
- Богатырев Г.П., Попова Э.В. Исследование поля скорости в лабораторной модели тропического циклона//Вестник ПГУ. Физика. -1994. -№ 2. -С. 141-150.
- Богатырев Г.П., Смородин Б.Л. Физическая модель вращения тропического циклона//Письма в ЖЭТФ. -1996. -Т. 63, № 1. -С. 25-28.
- Богатырев Г.П. Лабораторная модель тропического циклона. -Пермь: Издатель Богатырев П.Г., 2009. -96 с.
- Navarro M.C., Herrero H. Vortex generation by a convective instability in a cylindrical annulus non-homogeneously heated//Physica D. -2011. -V. 240, N. 14-15. -P. 1181-1188.
- Navarro M.C., Herrero H. Vortices in a cylindrical annulus nonhomogeneously heated: Effect of localized heating on their stability and intensity//Phys. Rev. E. -2011. -V. 84, N. 3. -037301.
- Моисеев С.С., Сагдеев Р.З., Тур А.В. и др. Теория возникновения крупномасштабных структур в гидродинамической турбулентности//ЖЭТФ. -1983. -Т. 85, № 6. -С. 1979-1987.
- Березин Ю.А., Жуков В.П. О влиянии вращения на конвективную устойчивость крупномасштабных возмущений в турбулентной жидкости//МЖГ. -1989. -№ 4. -С. 3-9.
- Степанов Р.А., Фрик П.Г., Шестаков А.В. О спектральных свойствах спиральной турбулентности//МЖГ. -2009. -№ 5. -С. 33-44.
- Шестаков А.В., Степанов Р.А., Фрик П.Г. Влияние вращения на каскадные процессы в спиральной турбулентности//Вычисл. мех. сплош. сред. -2012. -T. 5, № 2. -C. 193-198.
- Левина Г.В., Монтгомери М.Т. О первом исследовании спиральной природы тропического циклогенеза//ДАН. -2010. -Т. 434, № 3. -С. 401-406.
- Levina G.V., Montgomery M.T. Helical scenario of tropical cyclone genesis and intensification//J. Phys.: Conf. Ser. -2011. -V. 318. -072012.
- Levina G.V. Helical organization of tropical cyclones//Preprint NI13001-TOD. -Isaac Newton Institute for Mathematical Sciences. -UK, Cambridge, 2013. -47 p. (URL: http://www.newton.ac.uk/preprints/NI13001.pdf).
- Eidelman A., Elperin T., Gluzman I., Golbraikh E. Helicity of turbulent flow with coherent structures in Rayleigh-Bénard convective cell//Abstracts of European Turbulence Conference 14, Lyon, France, 1-4 September, 2013.
- Batalov V., Sukhanovsky A., Frick P. Laboratory study of differential rotation in a convective rotating layer//Geophys. Astro. Fluid. -2010. -V. 104, N. 4. -P. 349-368.
- Raffel M., Willert C., Kompenhans J. Particle Image Velocimetry. A Practical Guide. -Berlin: Springer, 1998. -253 p.
- Сухановский А.Н. Формирование дифференциального вращения в цилиндрическом слое жидкости//Вычисл. мех. сплош. сред. -2010. -Т. 3, № 2. -С. 103-115.
- Sukhanovsky A.N. Formation of differential rotation in a cylindrical fluid layer//Fluid Dyn. -2011. -V. 46, N. 1. -P. 158-168.
- Большухин М.А., Васильев А.Ю., Будников А.В. и др. Об экспериментальных тестах (бенчмарках) для программных пакетов, обеспечивающих расчет теплообменников в атомной энергетике//Вычисл. мех. сплош. сред. -2012. -Т. 5, № 4. -С. 469-480.
- Elsinga G.E., Scarano F., Wieneke B., van Oudheusden B.W. Tomographic particle image velocimetry//Experiments in Fluids. -2006. -V. 41, N. 6. -P. 933-947.
- Bilsky A.V., Lozhkin V.A., Markovich D.M., Tokarev M.P. A maximum entropy reconstruction technique for tomographic particle image velocimetry//Meas. Sci. Technol. -2013. -V. 24, N. 4. -045301.
