Вихревые методы исследования нестационарных течений вязкой несжимаемой жидкости (1097493)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиДЫННИКОВА ГАЛИНА ЯКОВЛЕВНАВИХРЕВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯНЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕЧЕНИЙВЯЗКОЙ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ05.13.18 – математическое моделирование, численные методы икомплексы программАвторефератдиссертации на соискание ученой степени докторафизико-математических наукМосква – 2011Работа выполнена в Научно-исследовательском институте механики Московского государственного университета имени М.В.

Ломоносова.Официальные оппоненты: Доктор физико-математических наук,член-корреспондент РАНАлександр Марксович ГайфуллинДоктор физико-математических наук,профессорСергей Александрович ИсаевДоктор технических наук,профессорВладимир Александрович АпариновВедущая организация -Московскийгосударственныйтехническийуниверситет им. Н.Э. Баумана (г. Москва)Защита состоится 22 сентября 2011г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.215.001.01 при ВУНЦ ВВС “Военно-воздушная академия им.проф.

Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина” по адресу: 125167, г. Москва, ул.Планетная д.3.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВУНЦ ВВС “Военновоздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина”Автореферат разослан« »2011 г.Ученый секретарь диссертационного советакандидат физико-математических наукНенашев А.С.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертации.Важнейшими задачами аэрогидродинамики является исследование силового воздействия жидкости на движущиеся в ней или омываемые ею тела и поиск способов управления этим воздействием. Известно, что существует теснаясвязь между вихревой структурой течения и силами, действующими на тела.

Всвязи с этим исследование механизмов вихреобразования и динамики вихрейявляется актуальным. Для исследования вихревых течений наиболее органичным является использование методов, в основе которых лежит моделированиевихревого поля течения. Среди таких методов особо привлекательными являются бессеточные вихревые методы. Их преимущества состоят в отсутствиинеобходимости построения сеток, что особенно актуально при расчете сложного движения и изменения формы обтекаемых тел, а также при решении сопряженных задач движения тел под действием гидродинамических сил.Сопряженные постановки задач важны при моделировании явлений авторотации, аэроупругости, аэродинамики высокоманевренных летательных аппаратов, ветродвигателей и иных устройств типа маятников, флюгеров, вертушек, при анализе машущего полета, устойчивости парашютных систем,отыскании способов предотвращения штопора летательных аппаратов и вомногих других случаях.Исследование процессов вихреобразования представляет интерес также взадачах термогидравлики, так как эти процессы, с одной стороны, интенсифицируют теплообмен, а с другой стороны, увеличивают гидравлическое сопротивление теплообменников.

Необходимость опережающего повышения скорости теплообмена по сравнению с увеличением сопротивления обуславливаетактуальность исследований в этой области и разработки эффективных методоврасчета нестационарных течений теплопроводящей жидкости.Отрывные течения описанных классов в большинстве представляющихпрактический интерес случаев характеризуются наличием вихревых структурширокого спектра пространственных и временных масштабов.

Для расчета таких течений требуются методы либо учитывающие мелкомасштабные пульсации статистически (модели турбулентности), либо позволяющие проводитьрасчеты на основе уравнений движения жидкости с высокой степенью разрешения (прямое численное моделирование DNS), либо сочетающие оба эти подхода: large eddy simulation (LES), detached eddy simulation (DES). В настоящеевремя не существует универсальной модели турбулентности, пригодной длялюбых типов задач, поэтому повышение степени разрешения при расчете течений на основе прямого численного моделирования является актуальным.

Развитие бессеточных вихревых методов в этом отношении представляется перспективным, так как эти методы позволяют сосредоточить вычислительныересурсы в тех областях течения, где это необходимо, достигая там высокойстепени разрешения.3Целью диссертации является:Разработка и реализация в виде комплексов программ эффективных экономичных методов моделирования течений вязкой несжимаемой жидкости дляпроведения исследований нестационарных гидродинамических нагрузок на тела, совершающие произвольное движение, включая изменение формы, для решения сопряженных задач движения тел под действием гидродинамическихсил, для исследований теплоотдачи нагретых поверхностей и ее связи с процессами вихреобразования.Научная новизна работы.1.

Выведены новые, адаптированные для применения в вихревых лагранжевых методах, интегральные представления давления в поле течения, сил имоментов, действующих на тела при их произвольном движении в вязкой жидкости, включая изменение формы, при различных граничных условиях (прилипание, скольжение, вдув и отсос жидкости на поверхности), через характеристики вихревого поля.2. Разработаны новые алгоритм и программа расчета на ЭВМ двумерныхтечений вязкой несжимаемой жидкости в лагранжевых координатах (метод«вязких вихревых доменов» ВВД) на основе уравнений Навье-Стокса.3. На основе метода ВВД и полученных в работе выражений сил и моментов разработан новый метод решения сопряженных задач движения тел поддействием гидродинамических сил, основанный на объединении уравненийдвижения тела и жидкости в единую систему, не требующую расщепленияпроцесса на гидродинамическую и динамическую части и проведения итераций.4.

Построена новая математическая модель свободной конвекции на основе приближения Буссинеска. Разработаны новые алгоритм и программа расчета нестационарных течений вязкой теплопроводной жидкости «метод вязкихвихревых и тепловых доменов» (ВВТД) решения уравнений Навье – Стокса итеплопроводности в лагранжевых координатах.5.

Построена новая математическая модель трехмерных нестационарныхтечений вязкой несжимаемой жидкости на основе дипольного представлениязавихренности и разработаны основы нового численного метода «дипольныхдоменов».Метод исследований. В диссертации применяются аналитические и численныеметоды исследований. С помощью аналитических методов исследования получены формулы, связывающие эволюцию вихревого поля с силовыми характеристиками течения.

Численные методы использованы при разработке программрасчета течений.Достоверность полученных результатов. Достоверность рассмотренных математических моделей, методов, алгоритмов и численных расчетов обоснованаи подтверждена: (а) сравнениями с результатами аналитических решений тестовых задач; (б) сравнением с экспериментальными данными и результатами4расчетов других авторов для аналогичных задач в некоторых частных случаях;(в) феноменологической проверкой.Достоверность аналитических результатов подтверждается строгостьюприменения математического аппарата и переходом полученных формул в общеизвестные для частных случаев.Практическая значимость результатов.Разработанные алгоритмы и программы расчета течений вязкой несжимаемой жидкости на основе уравнений Навье-Стокса являются эффективнымии экономичными инструментами проведения научных исследований отрывногообтекания произвольно движущихся тел, расчета нестационарных гидродинамических нагрузок на тела и нестационарного теплообмена.

Благодаря полученным в работе выражениям, связывающим действующие на тела силы с характеристиками вихревого поля, уравнения движения тел объединены сгидродинамическими уравнениями в единую систему, что существенно расширяет возможности решения сопряженных задач движения тел под действиемгидродинамических сил.1. Разработанные алгоритмы и программы систематически использовалисьпри проведения научных исследований, выполненных в рамках реализации грантов РФФИ № 01-01-00595-а «Множественный гистерезис пространственных отрывных течений, суммарных и распределенных нестационарных аэродинамических нагрузок», № 02-01-00670-а «Расчет ипрофилирование плохообтекаемых тел и каналов с аэродинамическимуправлением», №04-01-00554-а «Исследование влияния нестационарныхвихревых процессов на аэродинамические силы и моменты при отрывномобтекании несжимаемой жидкостью подвижных тел и проницаемых экранов», № 06-08-01217-а «Исследование механизмов преобразованияэнергии потока в ветроустановках волнового типа», № 08-01-12046-офи«Оптимальные решения для перспективных конструкций подводных газонефтепроводов, находящихся в турбулентном поперечном потоке жидкости», № 09-08-01190-а «Исследование вихревых механизмов формирования термогидравлических свойств поверхностных впадин и выступов».2.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации