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.
о нас
Об институте
60 лет
Библиотека
Презентация
регистрация