Научный отчет № 5053
- Название
- Нестационарное обтекание и нагрузки при движении сферической частицы в вязкой жидкости.
- Авторы
- Гувернюк С.В., Дынникова Г.Я., Андронов П.Р.
- Аннотация
- Представлено обобщение бессеточного численного метода вязких вихревых доменов (ВВД) для моделирования нестационарного осесимметричного обтекания произвольных тел вращения при их прямолинейном поступательном движении в неограниченном пространстве вязкой несжимаемой жидкости. Исследовано ламинарное отрывное обтекание гладкой сферы постоянным потоком в диапазоне чисел Рейнольдса 50 – 200, получено хорошее согласование результатов расчета с известными экспериментальными данными по структуре отрывных областей и по коэффициенту сопротивления сферы. Получено решение одномерной сопряжённой задачи о движении тяжёлого однородного шара в вязкой жидкости по прямой под действием силы тяжести, направленной вдоль оси x, при наличии осевой симметрии течения. Получено, что после начального периода ускоренного движения устанавливается значение скорости шара, близкое к постоянному, при этом имеют место небольшие колебания скорости около её среднего значения. Получено решение аналогичной одномерной сопряжённой задачи о движении сферической оболочки с нулевой плотностью в вязкой жидкости по прямой под действием архимедовой силы, направленной вдоль оси x, при наличии осевой симметрии течения. В этом случае скорость движения сферической оболочки после выхода на квазипериодический режим колеблется с частотой, превышающей частоту колебаний скорости в случае тяжёлого шара. При этом амплитуда колебаний больше. Это связано с уменьшением влияния инерционных эффектов, в результате чего тело быстрее реагирует на воздействие силы. Показано, что колебания скорости движения сферической оболочки вызваны квазипериодическим образованием вихревых сгустков в процессе отрыва течения, в результате которого возникают колебания силы сопротивления. Показано, что поведение шара в реальной вязкой жидкости можно приближённо описать с помощью модели, учитывающей наличие дополнительной присоединённой массы, обусловленной дополнительным вовлечением жидкости в движение за счёт вязкого трения, а также учитывающей наличие дополнительной демпфирующей силы, пропорциональной скорости движения шара. Получено решение одномерной сопряжённой задачи о движении тяжёлого однородного шара в вязкой жидкости по прямой под действием силы упругости пружины, направленной вдоль оси x, при наличии осевой симметрии течения. С течением времени наблюдаются затухающие колебания, причём скорость затухания в расчёте больше, чем при решении задачи с помощью квазистационарной модели с учётом обычной присоединённой массы для сферы в идеальной жидкости. В то же время модель, учитывающая дополнительную присоединённую массу и дополнительную демпфирующую силу, предложенная в настоящей работе, даёт возможность воспроизвести полученный при прямом численном моделировании закон движения шара более точно, чем квазистационарная модель.
- Год публикации
- 2010 г.
- Объём
- 73 с.
- Научный руководитель
- Гувернюк С.В.
- Ключевые слова
- вязкая несжимаемая жидкость, ламинарное осесимметричное обтекание, отрыв потока, нестационарные гидродинамические нагрузки, лагранжевы вихревые методы, сопряженная задача, движение тел в сопротивляющейся среде.
регистрация
наука
экспериментальная база
инновации