Высокопроизводительное численное моделирование стратифицированных течений около клина в OpenFOAM
Автор: Димитриева Н.Ф., Чашечкин Ю.Д.
Журнал: Труды Института системного программирования РАН @trudy-isp-ran
Статья в выпуске: 1 т.28, 2016 года.
Бесплатный доступ
Представлены результаты численного моделирования течений непрерывно стратифицированной жидкости, которые характеризуются широким диапазоном значений внутренних масштабов, отсутствующих в однородной жидкости. Поставленная задача решалась с использованием метода конечных объемов в открытом пакете OpenFOAM. Тестирование разработанной модели проводилось для течений непрерывно стратифицированных жидкостей около неподвижного и движущегося клиновидного тела с прямыми и искривленными гранями. Расчеты, проведенные с использованием вычислительных ресурсов web-лаборатории UniHUB, показали сложную структуру течений, включающую высокоградиентные прослойки около неподвижного препятствия и присоединенные внутренние волны вблизи острых кромок движущегося препятствия.
Численное моделирование, открытые вычислительные пакеты, стратифицированные течения, тонкая структура
Короткий адрес: https://sciup.org/14916322
IDR: 14916322 | DOI: 10.15514/ISPRAS-2016-28(1)-12
High-performance numerical simulation of stratified flows around a wedge in OpenFOAM
Results of numerical simulation of a continuously stratified fluid are presented. They are characterized by a wide range of values of internal scales that are not in a homogeneous liquid. Mathematical model is based on the fundamental set of differential equations of inhomogeneous multicomponent fluid mechanics. The problem is solved using the finite volume method in an open source package OpenFOAM. To take into account the stratification and diffusion effects a new own solver was developed and tested using the standard and extended libraries of the package. A particular attention is focused at construction of a high quality computational grid which satisfies basic requirements for resolution of all the microscales of the problem in high-gradient regions of the flow. Testing of the proposed numerical model Testing was conducted for continuously stratified fluid flows around a motionless and a moving wedge-shaped body with straight and curved edges. The calculations performed in parallel regime on computational facilities of the web-laboratory UniHUB (www.unihub.ru) demonstrated complex structure of flows. High-gradient layers near the sharp edges of the obstacles have been identified. Formation of an intensive zone of pressure depression in front of the leading vertex of the wedge is responsible for generation of propulsive mechanism that results in a self-motion of the obstacle along its neutral buoyancy horizon in a stably stratified environment.
Список литературы Высокопроизводительное численное моделирование стратифицированных течений около клина в OpenFOAM
- Prandtl L. Essentials of fluid dynamics. London: Blackie and Son Publ., 1952. 452 p.
- Phillips O. M. On flows induced by diffusion in a stably stratified fluid. Deep-Sea Res., 1970, vol. 17, pp. 435-443.
- Chashechkin Yu. D. Differentsial'naya mekhanika zhidkostej: soglasovannye analiticheskie, chislennye i laboratornye modeli stratifitsirovannyh techenij Herald of the Bauman MSTU, series “Natural Science” , 2014, no 6, pp. 67-95. http://vestniken.bmstu.ru/articles/547/547.pdf
- L. D. Landau, E. M. Lifshits. Teoreticheskaya fizika, tom VI Gidrodinamika . Moscow, Nauka Publ. , 1986, 736 p.
- Chashechkin Yu.D, Zagumennyi Ya.V. Structure of Diffusion-Induced Flow on an Inclined Plate. Doklady Physics, 2012, vol. 57, no. 5, pp. 210-216 DOI: 10.1134/S1028335812050047
- Chashechkin Yu.D., Mitkin V.V. Soaring interfaces, vortices and vortex systems inside the internal waves wake past the horizontally moving cylinder in a continuously stratified fluid. J. Visualiz., 2006, vol. 9, no. 3, pp. 301-308 DOI: 10.1007/BF03181677
- Baydulov V.G., Chashechkin Yu.D. Comparative analysis of symmetries for the models of mechanics of nonuniform fluids. Doklady Physics, 2012, vol. 57, no. 5, pp. 192-196 DOI: 10.1134/S1028335812050011
- Dimitrieva N.F., Chashechkin Yu.D. Chislennoe modelirovanie dinamiki i struktury indutsirovannogo diffuziej techeniya na kline , Vychislitel'naya mekhanika sploshnykh sred , 2015, vol. 8, no. 1, pp. 102-110 DOI: 10.7242/1999-6691/2015.8.1.9
- Chashechkin Yu. D., Bardakov R. N., Zagumennyi Ia. V. Raschet i vizualizatsiya tonkoj struktury polej dvumernykh prisoedinennykh vnutrennikh voln , Morskoj gidrofizicheskij zhurnal , 2010, no. 6, pp. 3-15.
- Dimitrieva N.F., Zagumennyi Ia. V. Chislennoe modelirovanie stratifitsirovannyih techeniy s ispolzovaniem OpenFOAM Trudy ISP RАN , 2014, vol. 26, no. 1, pp. 187-200 DOI: 10.15514/ISPRAS-2014-26(5)-10
- Dimitrieva N.F. Raschet stratifitsirovannykh techenij okolo klina s ispol'zovaniem otkrytykh vychislitel'nykh paketov Prikladnaya gidromekhanika , 2015, vol. 17, no. 2, pp. 26-35
- O. Samovarov, S. Gaysaryan. Аrkhitektura i osobennosti realizatsii platformy UniHUB v modeli oblachnykh vychislenij na baze otkrytogo paketa OpenStack Trudy ISP RАN , 2014, vol. 26, issue 1, pp. 403-420 DOI: 10.15514/ISPRAS-2014-26(1)-17
- Mercier M. J., Ardekani F. M., Allshouse M. R., Doyle B., Peacock T. Self-propulsion of immersed object via natural convection. Physical review letters, 2014, vol. 112, pp. 204501(5) DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.204501
- 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, pp. 127-134 DOI: 10.1007/BF03181585