Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Белоцерковский С. М., Гиневский А. С. Компьютерная концепция вихревой турбулентности // Известия вузов. ПНД. 1995. Т. 3, вып. 2. С. 72-93.

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF 1995no2p072.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Прикладные задачи нелинейной теории колебаний и волн
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
532.525.6+626.734+533.06

Компьютерная концепция вихревой турбулентности

Авторы: 
Белоцерковский Сергей Михайлович, Центральный аэрогидродинамический институт имени проф.Н.Е.Жуковского
Гиневский Арон Семенович, Центральный аэрогидродинамический институт имени проф.Н.Е.Жуковского
Аннотация: 

Рассмотрена проблема моделирования турбулентных струйных н отрывных течений несжимаемой жидкости на основе схемы идеальной среды и метода дискретных вихрей. Построение математической модели сдвигового течения при больших числах Рейнольдса базируется на трактовке свободной турбулентности как иерархии вихрей разного масштаба. При этом турбулентное движение рассматривается в общем случае как трехмерное и существенно нестационарное. Турбулентность порождается потерей устойчивости и распадом упорядоченных вихревых образований и превращением их в вихревые ансамбли. Последние, двигаясь вместе со средой. деформируются, захватывают друг друга и образуют как новые макроструктуры, так и мелкие вихри. Существенно, что вихревые движения содержат органически присущий им механизм потери устойчивости и перехода от порядка к хаосу. Полученные с помощью метода дискретных вихрей решения позволяют без использования эмпирических констант найти поля средних скорости н давления, нормальных и сдвиговых рейнольдсовых напряжений, пульсаций давления, корреляции пульсаций скорости и давления, соответствующие масштабы турбулентности, спектры.

Ключевые слова: 
-
Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Международного научного фонда и Правительства России (Грант M2R 300).
Список источников: 
  1. Белоцерковский C.M., Ништ М.И. Отрывное и безотрывное обтекание тонких крыльев идеальной жидкостью. М.: Наука, 1978.
  2. Белоцерковский C.M., Лифанов И.К. Численные методы в сингулярных интегральных уравнениях и их применение в аэродинамике, теории упругости, электродинамике. М.: Наука, 1985.
  3. Белоцерковский C.M., Котовский B.H., Ништ М.И., Федоров Р.М. . Математическое моделирование плоскопараллельного отрывного обтекания тел. M.: Наука, 1988.
  4. Бабкин В.И.‚ Белоцерковский: C.M., Гуляев B.B., Дворак А.В. Струи и несущие поверхности. Моделирование на ЭВМ. M.: Наука, 1989.
  5. Белоцерковский О.М., Белоцерковский С.М., Давыдов Ю.М., Ништ М.И. Моделирование отрывных течений на ЭВМ. М.: АН CCCP, «Кибернетика», 1984.
  6. Belotserkovsky SM. The Theory of Thin Wings in Subsonic Flow. N.Y.: Plenum Press; 1967. 230 p. DOI: 10.1007/978-1-4899-6299-7.
  7. Belotserkovsky SM, Lifanov LK. Method of Discrete Vortices. Boca Raton: CRC Press; 1993. 464 p.
  8. Belotserkovsky SM‚ Kotovskii VN, Nisht М, Fedorov RM. Two- Dimensional Separated Flows. Boca Raton: CRC Press; 1993. 320 p.
  9. Belotserkovsky SM. Digital simulation of separated and jet flows using discrete vortex method. In: TUTAM Symposium. Novosibirsk; 1990. P. 97.
  10. Belotserkovsky SM. Study of the unsteady aerodynamics of lifting surface using the computer. Ann. Rev. Fluid Mech. 1977;9:469-494.
  11. Белоцерковский C.M., Гиневский A.C. Моделирование турбулентных струй и следов на основе метода дискретных вихрей. M.: Наука, 1995.
  12. Белоцерковский C.M.. Скобелев Б.Ю. Метод дискретных вихрей н турбулентность. ИТПМ. Препринт № 10.1993. 39 с.
  13. Власов E.B., Гиневский A.C. Когерентные структуры в турбулентных струях и следах//Итоги науки и техники. Сер. «Механика жидкости и газа». Т. 20. ВИНИТИ. 1986. С. 3.
  14. Рабинович M.И., Сущик М.М. Когерентные структуры в турбулентных течениях // Нелинейные волны. Самоорганизация. М.: Наука, 1983. С. 56.
  15. Fiedler HE. Coherent structures. In: ADV Turbul. Proc., 1st Eur. Turbul. Conf. 1-4 July 1986, Lyon, France. Berlin; 1987. P. 320
  16. Hussain AKMF. Coherent structures - reality and myth. Phys. Fluids. 1983;26(10):2816-2850. DOI: 10.1063/1.864048.
  17. Бунимович Л.А. Когерентные структуры и нелинейная динамика // Когерентные структуры и самоорганизация океанич. движений. РАН. Ин-т океанологии. Москва, 1992. С. 62.
  18. Абрамович Г.Н., Гиришович T.A., Крашенинников С.Ю., Секундов А.Н., Смиринова И.П. Теория турбулентных струй // Нод ред. Г.Н. Абрамовича. M.: Наука, 1984.
  19. Гиневский А.С. Теория турбулентных струй и следов // М.:. Машиностроение. 1969.
  20. Shetz J. Injection and mixing in turbulent flow. In: Astronautics and Aeronautics. Vol. 8. АIАА, N.Y.; 1990.
  21. Белоцерковский C.M., Дворак A.B., Желанников А.И., Котовский B.H. Моделирование на ЭВМ турбулентных струй п следов // Проблемы турбулентных течений. М: Наука, 1987. С. 129.
  22. Белоцерковский С.М., Дворак A.B., Хлапов Н.В. Моделирование на ЭВМ плоских турбулентных струй // Докл. АН CCCP. 1985.T. 282, № 3. С. 46.
  23. Белоцерковский C.M., Ништ М.И. K исследованию турбулентного следа за пластиной// Докл. АН СССР. 1974. Т. 216, № 6. С. 1240.
  24. Айрапетов А.Б. О корректности «в среднем» задачи Коши для системы обыкновенных и стохастических уравнений// Tp. НАГИ. 1976. Вып. 1784. С. 18.
  25. Айрапетов А.Б. О статистических свойствах системы дискретных вихрей, моделирующей турбулентное струйное течение // Турбулентные течения. М.: Наука. 1977. С. 188.
  26. Смирных Е.А. Моделирование периодического возбуждения плоской турбулентной струп методом дискретных вихрей// Теплофизические и физ.-химич. процессы в химических установках. Минск, 1986. С. 92.
  27. Смирных Е.А. Численное моделирование перемешивания газов и твердых инерционных частиц в плоской турбулентной струе // Механика неоднородных и турбулентных потоков. М.: Наука, 1989. С. 220.
  28. Смирных Е.А. Численное исследование методом дискретных вихрей структуры отрывного течения за интерцептором // Тр.ЦАГИ.1989. Вып.2420.С.78.
  29. Веретенцев A.H., Рудяк В.Я. O процессах образования и эволюции вихревых структур в сдвиговых слоях // Изв. АН CCCP. Механика жидкости и газа. 1987. № 1. С. 31.
  30. Веретенцев А.Н., Рудяк В.Я., Яненко Н.Н. О построении дискретных вихревых моделей идеальной несжимаемой жидкости // Ж. вычисл. матем. и математич. физ. 1986. Т. 26, № 1. С. 103.
  31. Leonard А. Vortex method for flow simulation. J. Comput. Phys. 1990;37(3):289-335. DOI: 10.1016/0021-9991(80)90040-6.
  32. Leonard А. Computing three-dimensional incompressible flows with vortex elements. Ann. Rev. Fluid Mech. 1985;17:523-559. DOI: 10.1146/ANNUREV.FL.17.010185.002515.
  33. Chorin AJ. Numerical study of slightly viscous flow. J. Fluid Mech. 1973;57(4);785-796. DOI: 10.1017/S0022112073002016.
  34. Chein R, Chung JN. Discrete-vortex simulation of flow over inclined and normal plates. Comp. Fluids. 1988;16(4):405-427. DOI: 10.1016/0045-7930(88)90025-4.
  35. Edwards AVJ, Morfey CL. A computer simulation of turbulent jet flow. Comp. Fluids. 1981;9(2):205-221. DOI: 10.1016/0045-7930(81)90025-6.
  36. Acton Е. A modelling of large eddies in an axisymmetric jet. J. Fluid Mech. 1980;98(1):1-31. DOI: 10.1017/S0022112080000018.
  37. Shimizu S. Discrete-vortex simulation of two-dimensional turbulent jet. Bulletin of JSME. 1986;29(254):2440-2446. DOI: 10.1299/jsme1958.29.2440.
  38. Новиков Е.А., Седов Ю.Б. Статистические свойства 4-x вихрей // ЖТЭФ. 1978. Т. 75. С. 868.
  39. Власов Е.В. Гиневский A.C., Каравосов P.K., Франкфурт M.O. Пристеночные пульсации давления в зоне отрыва за двумерными препятствиями // Тр. ЦАГИ. 1982. Вып. 2137. С. 3.
  40. Власов Е.В. Исследование турбулентности в связи с определением акустических характеристик струп // Инж.-физ. журн. 1965. Т. VIII, № 5. С. 568.
  41. Quinn WR. Turbulent free flows issuing from sharp-edged rectangular slots: The influence of slot aspect ratio. Exp. Thermal Fluid Sci. 1992;5(2):203-215. DOI: 10.1016/0894-1777(92)90007-R.
  42. Уханова Л.Н. Некоторые закономерности развития трехмерного турбулентного следа //Т p. ЦАГИ. 1974. Вып. 1567. С.44.
  43. Kiya M, Arie M. Discrete-vortex simulation of unsteady separated flow behind а nearly normal plate. Bull. JSME. 1980;23(183):1451-1458. DOI: 10.1299/jsme1958.23.1451.
  44. Bradbury LJS. Measurements with а puised and hot-wire anemometr in highly turbulent wave of a normal flat plate. J. Fluid Mech. 1976;77(3):473-497. DOI: 10.1017/S0022112076002218.
  45. Gadd GE. Two-dimensional separated or cavitating flow past a flat plate normal to the stream. ARC CP № 697.1962.
  46. Hussain AKMF, Thompson CA. Controlled symmetric perturbation of the plane jet: an experimental study in the initial region. J. Fluid Mech. 1980;100(2):397-431. DOI: 10.1017/S002211208000122X.
Поступила в редакцию: 
04.10.1994
Принята к публикации: 
14.05.1995
Опубликована: 
15.12.1995
  • 65 просмотров