Вибротечения вязкой несжимаемой жидкости при высоких числах Рейнольдса
Автор: Ильин Константин Иванович, Моргулис Андрей Борисович
Журнал: Владикавказский математический журнал @vmj-ru
Статья в выпуске: 2 т.21, 2019 года.
Бесплатный доступ
В статье приведена высокочастотная асимптотика системы Навье - Стокса, описывающей движение вязкой несжимаемой жидкости в области, ограниченной вибрирующей поверхностью. Граничные условия требуют совпадения векторов скоростей материальной частицы жидкости и той точки границы, в которой частица находится; тем самым исключается как скольжение жидкости вдоль границы (условие прилипания), так и протекание первой через вторую. Предполагается, что движение граничной поверхности задано и периодично по времени, причем ограниченная ею область в среднем покоится, но может, вообще говоря, изменять форму. Частота колебаний границы стремится к бесконечности, а амплитуда - к нулю, но отношение амплитуды к толщине стоксова слоя остается величиной порядка единицы. Основной результат - явный вид уравнений и граничных условий, определяющих среднее течение в самом общем случае, без специальных предположений о данных задачи. На этой основе исследован ряд конкретных течений, в частности, течение в круглой трубе, вызываемое нормальной вибрацией ее стенок.
Система навье - стокса, высокочастотная асимптотика, вибрация, среднее течение
Короткий адрес: https://sciup.org/143168798
IDR: 143168798 | УДК: 51-72 | DOI: 10.23671/VNC.2019.2.32112
Vibrational flows of viscous incompressible fluids for high Reinolds numbers
The article presents the high-frequency asymptotics of the Navier-Stokes system, which describes the motion of a viscous incompressible fluid in the region bounded by a vibrating surface. The boundary conditions require the coincidence of the velocity vectors of the material particle of the fluid and the point of the boundary in which the particle is located. Consequently, the fluid is not allowed either to slip along the boundary (the no-slip condition) or to penetrate through it. It is assumed that the motion of the boundary surface is given and periodic in time, and the domain confined within it stays at rest on average but, generally speaking, can be changing its shape. The frequency of oscillations of the boundary tends to infinity, and the amplitude tends to zero, but the ratio of the amplitude to the Stokes's layer thickness remains of the order of unity. The main result is the explicit form of the equations and boundary conditions that determine the mean flow in the most general case, without special assumptions about the problem data. On this basis, a number of specific flows have been investigated, in particular, a flow in a circular pipe, caused by the normal vibration of its walls.
Список литературы Вибротечения вязкой несжимаемой жидкости при высоких числах Рейнольдса
- Craik A. D. D., Leibovich S. A Rational model for langmuir circulations//J. Fluid Mech. 1976. Vol. 73, № 3. P. 401-426 DOI: 10.1017/S0022112076001420
- Duck P. W., Smith F. T. Steady streaming induced between oscillating cylinders//J. Fluid Mech. 1979. Vol. 91, № 1. P. 93-110 DOI: 10.1017/S0022112079000057
- Haddon E. W., Riley N. The steady streaming induced between oscillating circular cylinders//The Quarterly J. of Mech. and Appl. Math. 1979. Vol. 32, № 3. P. 265-282 DOI: 10.1093/qjmam/32.3.265
- Gopinath A. Steady streaming due to small-amplitude torsional oscillations of a sphere in a viscous fluid//The Quarterly J. of Mech. and Appl. Math. 1993. Vol. 46, № 3. P. 501-520 DOI: 10.1093/qjmam/46.3.501
- Левенштам В. Б. Асимптотическое разложение решения задачи о вибрационной конвекции//Журн. вычисл. математики и мат. физики. 2000. Т. 40, № 9. P. 1416-1424.
- Vladimirov V. A. Viscous flows in a half space caused by tangential vibrations on its boundary//Stud. Appl. Math. 2008. Vol. 121, № 4. P. 337-367
- DOI: 10.1111/j.1467-9590.2008.00418.x
- Ilin K. and Morgulis A. On the steady streaming induced by vibrating walls//SIAM J. on Appl. Math. 2012. Vol. 72, № 5. P. 1406-1427
- DOI: 10.1137/110859634
- Riley N. Steady streaming//Annual Review of Fluid Mech. 2001. Vol. 33. P. 43-65
- DOI: 10.1146/annurev.fluid.33.1.43
- Longuet-Higgins M. S. Mass transport in water waves//Philos. Trans. Roy. Soc. London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. 1953. Vol. 245, № 903. P. 535-581.
- Longuet-Higgins M. S. Peristaltic pumping in water waves//J. Fluid Mech. 1983. Vol. 137. P. 393-407
- DOI: 10.1017/S0022112083002475
- Hollerbach R. et al. The flow around a torsionally oscillating sphere//Physics of Fluids. 2002. Vol. 14, № 12. P. 4192-4205
- DOI: 10.1063/1.1518029