Математические модели и численные алгоритмы для расчета взаимодействия поверхностных волн с частично погруженным телом Текст научной статьи по специальности «Физика»

Математические модели физики атмосферы, океана и окружающей среды

79

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 17-55-10012 KO_a).

Список литературы

1. Auerbach D., Cvitanovic P., Eckmann J.-P., Gunaratne G., Procaccia I. Exploring chaotic motion through periodic orbits // Phys. Rev. Lett. 1987. V. 58. P. 2387-2389.

2. Ruelle D. Smooth dynamics and new theoretical ideas in nonequilibrium statistical mechanics // J. Statist. Phys. 1999. V. 95. P. 393-468.

3. Грицун А.С. Изменчивость внетропической атмосферной циркуляции и периодические траектории в упрощенных моделях динамики атмосферы. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2020. Т. 56, №3 (принята к печати).

Численный расчет давления в сети вследствие работы двух последовательно установленных вентиляторов

Е. И. Гурина

Томский государственный университет Email: elena.gyrina@gmail.com DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10243

Большинство физических процессов, протекающих в природе, можно описать системой дифференциальных или интегральных уравнений и получить "виртуальные" возможности сооружаемого устройства [1]. На основе анализа результатов расчета делаются выводы о соответствии разработанной конструкции заданным параметрам и при необходимости выдаются рекомендации для ее дальнейшей модернизации.

В данной работе проведено математическое моделирование работы установки, содержащей два последовательно расположенных осевых вентилятора, а также участки стабилизации потока. Исследование проведено с помощью пакета газовой динамики Fluent [2] и специальной методики, позволяющей в кратчайшие сроки получить виртуальные параметры устройства.

Получены распределения газодинамических параметров, характеризующих основные закономерности исследуемого процесса [3], таких как скорость потока воздуха, массовый расход, давление воздушного потока, выявлены застойные зоны конструкции, места повышенной турбулезации [4]. По результатам моделирования установлена эффективность использования данной установки, а также предложен вариант оптимизации конструкции с целью повышения давления в трубопроводе.

Список литературы

1. Самарский А. А. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры / А. А. Самарский, А. П. Михайлов. М. : Наука, 1997. 316 с.

2. Старченко А. В. Пакет прикладных программ FLUENT для решения задач механики жидкости и газа, тепло-и массопереноса / А. В. Старченко, Д. А. Беликов, В. Д. Гольдин, Р. Б. Нутерман. Томск : Изд-во Том. ун-та, 2008.

3. Степанов А. И. Центробежные и осевые компрессоры, воздуходувки и вентиляторы. Теория, конструкция и применение: пер. с англ. / ред. К. З. Ушакова / А. И. Степанов. М.: Машгиз, 1960. 346 с.

4. Рейнольдс У К. Расчет турбулентных течений / У К. Рейнольдс, Т. Себеси. М.: Машиностроение, 1980.

Математические модели и численные алгоритмы для расчета взаимодействия поверхностных волн с частично погруженным телом

О. И. Гусев, Г. С. Хакимзянов, Л. Б. Чубаров Институт вычислительных технологий СО РАН Email: gusev_oleg_igor@mail.ru DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10132

В докладе обсуждается задача оценки силового воздействия длинных поверхностных волн на частично погруженные заякоренные объекты. Эта задача решается в рамках иерархии математических моделей [1]. Особое внимание уделяется вопросам разработки и обоснования численных алгоритмов для модели потенциальных течений, нелинейно-дисперсионной и классической моделей мелкой воды. Выводы о границах применимости моделей в зависимости от параметров задачи, таких как осадка тела, его размеры, амплитуда и длина волны и др., делаются по результатам сравнения полученных численных решений с данными лабораторных экспериментов [2, 3].

80

Секция 5

Исследование выполнено при поддержке программы Президиума РАН "Фундаментальные проблемы решения сложных практических задач с помощью суперкомпьютеров".

Список литературы

1. Khakimzyanov G., Dutykh D. Long wave interaction with a partially immersed body. Part I: Mathematical models // Communications in Computational Physics. 2020. Vol. 27, No. 2. P. 321-378.

2. Chang C.-H., Wang K.-H., Hseih P.-C. Fully nonlinear model for simulating solitary waves propagating through a partially immersed rectangular structure // J. of Coastal Research. 2017. Vol. 33, No. 6. P. 1487-1497.

3. Lu X., Wang K.-H. Modeling a solitary wave interaction with a fixed floating body using an integrated analytical-numerical approach // Ocean Engineering. 2015. Vol. 109. P. 691-704.

Численное моделирование сопряженного конвективного теплообмена при натекании струи на преграду из закристаллизовавшегося гептадекана

О. О. Гусельникова1,2, В. С. Бердников1,2, В. А. Гришков1 1Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН 2Новосибирский государственный технический университет Email: berdnikov@itp.nsc.ru DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10133

Сценарии зарождения и развития мантийных плюмов и взаимодействия их головной части с земной корой - одна из проблем геодинамики. Актуальной остается проблема построения численных и экспериментальных моделей мантийных плюмов и исследований сопряженного конвективного взаимодействия нагретого вещества с горизонтальной преградой. Как простая исходная физическая модель, позволяющая понять суть протекающих процессов, рассматривается развитие термогравитационных струй над источником тепла в слое гептадекана и их взаимодействие с коркой затвердевшего вещества. Численно методом конечных элементов решалась система уравнений нестационарной термогравитационной конвекции совместно с уравнением теплопроводности в твердом веществе [1-2]. Учитывалась теплота плавления и кристаллизации на границе раздела фаз. Задача решена для расплава гептадекана и состоит из двух этапов. На первой стадии за счет внезапного охлаждения на верхней стенке нарастает слой застывшего гептадекана. После установления первой стадии на нижней стенке включается локализованный источник тепла, над которым формируется плюм. Рассчитаны нестационарные поля температуры в жидкой и твердой фазах, распределения тепловых потоков, формы фронтов кристаллизации и плавления. Исследованы зависимости от времени полей скорости в расплаве при различных мощностях источника тепла.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 19-08-00707).

Список литературы

1. Guselnikova O. O., Berdnikov V. S., Grishkov V A., Mitin K. A. Development of non-stationary buoyancy-induced jets and conjugate heat transfer at the jet inleakage on an obstacle of finite thermal conductivity // J. of Physics: Conference Series. November 2018. Vol. 1105. P 012003.

2. Guselnikova O. O., Berdnikov V S., Mitin K. A., Grishkov V. A. Conjugate heat transfer under nature convective upward inleakage of the jet on the obstacle of finite thermal conductivity. Proceeding APEIE. Vol. 1, Part 4. October 2018. P. 96-99.

Исследование влияния температурной неоднородности на структуру турбулентного течения в идеализированном уличном каньоне

Е. А. Данилкин1,2, Д. В. Лещинский1,2, А. В. Старченко1,2

1Томский государственный университет

2Институт оптики атмосферы ИМ. В. Е. Зуева СО РАН

Email: DanilkinE@gmail.com

DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10134

Рельеф современного города образован сооружениями и поверхностями из бетона и асфальта. Эти материалы имеют низкую теплоемкость, что вызывает значительные суточные изменения температуры поверхностей. Поэтому важно исследовать влияние температурной неоднородности на динамику