Прямое численное моделирование однородной изотропной спиральной турбулентности в пакете ТARANG

Проблема учета влияния турбулентности течения встает при решении как фундаментальных вопросов гео- и астрофизики, так и прикладных задач, возникающих при разработке новых инженерных решений. Трудности применения стандартных положений теории появляются при рассмотрении течений с особой пространственной структурой, например, спиральных течений. Спиральность течения определяет топологию вихрей и сохраняется в процессе каскадного переноса энергии в турбулентном потоке. В данной работе предлагается подход к численному моделированию однородной изотропной спиральной турбулентности, нацеленный на обнаружение характерных признаков формирования инерционного интервала и нахождение распределений спектральных плотностей энергии и спиральности. В рамках подхода используется пакет программ TARANG, предназначенный для численного решения задач динамики жидкости в режиме развитого турбулентного течения и для исследования явлений гидродинамической неустойчивости различной физической природы (температурной конвекции, адвективного переноса пассивных и активных примесей, магнитной гидродинамики, влияния сил Кориолиса). TARANG - это программное обеспечение с открытым исходным кодом, написанное на объектно-ориентированном языке C++, обладающее высокими показателями эффективности распараллеливания вычислений на многопроцессорных компьютерах. Особое внимание в работе уделено применению входящего в пакет набора инструментов для анализа полученных решений. Проведены расчеты спектральных распределений и потоков энергии и спиральности при числах Рейнольдса 5700 и 14000 на сетках 512^3 и 1024^3 соответственно. Выполнена проверка реализуемости спектрального закона «-5/3» и оценка универсальных констант Колмогорова и Бэтчелора в инерциальном интервале масштабов. Анализ функции переноса энергии и спиральности между выделенными масштабами показывает существенный вклад нелокальных взаимодействий в каскадный процесс.