Численный расчет скоростных характеристик закрученного потока газа, инициированного холодным вертикальным продувом

Об авторах:

Обухов Александр Геннадьевич, доктор физико-математических наук, профессор кафедры бизнес-информатики и математики, Тюменский индустриальный университет; eLibrary AuthorID, agobukhov@inbox.ru

Абдубакова Лилия Варисовна, старший преподаватель кафедры алгебры и математической логики Института математики и компьютерных наук Тюменского государственного университета

Аннотация:

При использовании явной разностной схемы в прямоугольном параллелепипеде численно строятся решения полной системы уравнений Навье−Стокса. Такие решения описывают трехмерные нестационарные течения сжимаемого вязкого теплопроводного газа в восходящих закрученных потоках в условиях действия сил тяжести и Кориолиса. Восходящий закрученный поток инициируется вертикальным продувом, который моделируется заданием вертикальной составляющей скорости в верхнем отверстии расчетной области. Диссипативные свойства газа как сплошной среды учитываются через постоянные коэффициенты вязкости и теплопроводности. За начальные условия принимается набор функций, являющихся точным решением полной системы уравнений Навье−Стокса. Предложены конкретные граничные условия, описывающие поведение газодинамических параметров на плоскостях расчетного параллелепипеда. Приведены результаты расчетов скоростных характеристик возникающего восходящего закрученного потока. Показано, что компоненты скорости газа при таком сложном течении претерпевают заметные изменения на начальной стадии. При увеличении времени расчета скоростные параметры и все течение в целом стабилизируются с постепенным выходом на стационарный режим.

Список литературы:

1. Овсянников Л. В. Лекции по основам газовой динамики. М.: Ижевск: ИнституТ компьютерных исследований, 2003. 336 с.

2. Баутин С. П. Характеристическая задача Коши и ее приложения в газовой динамике. Новосибирск: Наука, 2009. 368 с.

3. Баутин С. П., Обухов А. Г. Математическое моделирование разрушительных атмосферных вихрей. Новосибирск: Наука, 2012. 152 с.

4. Баутин С. П., Обухов А. Г. Математическое моделирование и численный расчет течений в придонной части тропического циклона // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математические науки. Информатика. 2012.  № 4. С. 175-183.

5. Обухов А. Г. Математическое моделирование и численные расчеты течений в придонной части торнадо // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математические науки. Информатика. 2012. № 4. С. 183−189.

6. Баутин С. П., Обухов А. Г. Математическое моделирование придонной части восходящего закрученного потока // Теплофизика высоких температур. 2013. Т. 51. № 4. С. 567-570. 

7. Баутин С. П., Крутова И. Ю., Обухов А. Г., Баутин К. В. Разрушительные атмосферные вихри: теоремы, расчеты, эксперименты. Новосибирск: Наука; Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2013. 215 с.

8. Баутин С. П. Торнадо и сила Кориолиса. Новосибирск: Наука, 2008. 96 с.

9. Вараксин А. Ю., Ромаш М. Э., Копейцев В. Н., Горбачев М. А. Моделирование свободных тепловых вихрей: генерация, устойчивость, управление. Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48. № 6. С. 965-972.

10. Вараксин А. Ю., Ромаш М. Э., Копейцев В. Н., Горбачев М. А. Физическое моделирование воздушных смерчей: некоторые безразмерные параметры // Теплофизика высоких температур. 2011. Т. 49. № 2. С. 317-320.

11. Вараксин А. Ю., Ромаш М. Э., Копейцев В. Н. Торнадо. М.: Физматлит. , 2011. 312 с.

12. Баутин С. П., Баутин К. В., Макаров В. Н. Экспериментальное подтверждение возможности создания потока воздуха, закрученного силой Кориолиса // Вестник УрГУПС. 2013. № 2 (18). С. 27-33.

13. Макаров В. Н., Баутин С. П., Баутин К. В., Горбунов С. А. Исследование циркуляционного течения атмосферного воздуха под действием силы Кориолиса // Известия Уральского государственного горного университета. 2013. № 2(30). С. 35−38.

14. Баутин С. П., Обухов А. Г. Одно точное стационарное решение системы уравнений газовой динамики // Известия вузов. Нефть и газ. 2013. № 4. С. 81-86.

15. Баутин С. П., Обухов А. Г. Об одном виде краевых условий при расчете трехмерных нестационарных течений сжимаемого вязкого теплопроводного газа // Известия вузов. Нефть и газ. 2013. № 5. С. 55-63.

16. Обухов А. Г., Сорокина Е. М. Математическое моделирование и численный  расчет трехмерного конвективного течения газа // Известия вузов. Нефть и газ. 2013. № 6. С. 57-63.