Диссертация (1150462), страница 26
Текст из файла (страница 26)
На базе программного кода SINF/Flag-S, предназначенного для расчета турбулентныхтечений жидкости и газа с использованием неструктурированных расчетных сеток,разработана авторская версия (названная Flag-FS), позволяющая на основе метода VOFмоделировать течения жидкости со свободной поверхностью в условиях сильнойдеформации последней и с возможным отрывом вязкого придонного слоя передпрепятствием.РеализованнаявкодеFlag-FSчисленнаяметодикавсесторонневерифицирована путем сравнения результатов расчетов с экспериментальными данными,аналитическими решениями и результатами, полученными с использованием других кодов;в целом получено хорошее согласование.2.
Проведеносистематическоеаппроксимацииуравненияисследованиеконвективногорядаспециализированныхпереносамаркер-функции.схемдляПоказанопревосходство «сжимающей» схемы M-CICSAM – она наименее чувствительна к качествурасчетной сетки и обеспечивает высокое качество решения при бóльших шагах по времени.Среди рассмотренных схем аппроксимации по времени (первого и второго порядка)наилучшие результаты продемонстрировала схема Кранка-Николсон.3. Разработан и апробирован ряд оригинальных составляющих метода VOF, а именно:а. Предложен подход к аппроксимации конвективной части уравнений гидродинамики,позволяющий избежать искажений в численном решении, связанных со значительными резким изменением плотности среды в окрестности межфазной границы.б. Предложен вычислительно эффективный способ аппроксимации градиента давления,предотвращающий возникновение осцилляций в решении, как в условиях статическогоравновесия жидкости и газа, так и при их движении, в том числе, при свободномпадении жидкости.в.
Показано, что при расчете по методу VOF процесса растекания жидкости по сухойстенке с использованием «низкорейнольдсовых» расчетных сеток вблизи стенкиобразуется тонкая нефизичная прослойка воздуха, приводящая к сильному занижениютрения на стенке. Предложена методика, основанная на введении искусственнойдиффузии маркер-функции вблизи стенок, позволяющая устранить данный артефакт.г. Обнаружено, что даже слабое остаточное «размытие» межфазной границы, имеющееместо при использовании «сжимающих» схем HRIC и M-CICSAM, может приводить ксущественным искажениям в численном решении при столкновении жидкости состенкой. Предложена оригинальная методика «обострения» межфазной границы,142устраняющая остаточное «размытие» границы и не искажающая ее форму, в том числеи в случаях ее сильной деформации.4.
Проведено систематическое исследование роли пристеночного трения и турбулентнойвязкости в потоке со свободной поверхностью, натекающем на препятствия различнойформы. Показано следующее:а. Пристеночное трение может оказывать сильное влияние на картину течения и формусвободной поверхности через образование крупных отрывных зон перед препятствиемили непосредственно на нем.
Для адекватного моделирования взаимодействия потока спрепятствием в общем случае необходимо разрешение пограничных слоев вплоть достенки (включая вязкий подслой).б. Введение поправки на кривизну линий тока в SST модель турбулентности приводит кзаметному уменьшению турбулентной вязкости в ядре отрывных зон, что, однако,практически не сказывается на картине течения.в. При расчете течений, вызванных обрушением дамбы, стандартная модель k-чрезмерно (на порядок и более) завышает величину турбулентной вязкости в потоке,что приводит к существенному искажению решения. Применение поправки КатоЛаундера решает эту проблему.г. В случае использования условий проскальзывания на стенках учет турбулентности впотоке, развивающемся после обрушения дамбы, не оказывает существенного влиянияна результаты расчета его взаимодействия с препятствиями (при условии обеспечениямоделью адекватного уровня турбулентной вязкости).5. Результаты двумерных расчетов для рассмотренных в работе тестовых конфигураций,выполненных с использованием SST модели турбулентности и «низкорейнольдсовых»расчетныхсеток,хорошосогласуютсяспредставленнымивлитературеэкспериментальными данными.
Для трехмерной конфигурации (эксперимент MARIN) такжеполучено приемлемое согласование расчетных и опытных данных.6. Проведено численное моделирование натекания потока на множественные однорядные идвухрядные препятствия. Установлено, что наличие первого ряда (менее высоких)препятствий может приводить к увеличению опрокидывающего момента, действующего состороны потока на второй ряд.143Список литературы1. Багаев, Д.В. Численное моделирование работы водометного движителя на начальномэтапе движения / Д.В. Багаев, А.Е. Таранов // Труды Крыловского государственного научногоцентра.
— 2013. — Вып. 78 (362). — С. 65-68.2. Батлер, Т.М. Развитие метода LINC. — Численные методы в механике жидкостей /Т.М. Батлер // Мир. — 1973. — С. 146-155.3. Бураго, Н.Г. Численное решение задач МСС с подвижными границами раздела: дис. насоискание уч. ст. д-ра физ.-мат. наук / Н.Г. Бураго — М.: РАН. ИПМ, 2003. — 222 с.4. Голуб, Дж. Матричные Вычисления / Дж. Голуб, Ч. Ван Лоун — М.: Мир, 1999. —553 с.5.
Давыдов, Ю.М. Численное исследование тейлоровской неустойчивости в нелинейномприближении / Ю.М. Давыдов // Численные методы механики сплошной среды. Новосибирск.Наука. — 1978. — № 3. — С. 67-69.6. Поттер, Д. Вычислительные методы в физике / Д.
Поттер. — М.: Мир, 1975.7. Флетчер, К. Вычислительные методы в динамике жидкости / К. Флетчер — М.: Мир,1991. — Т.1. 502 с., Т.2. 552 с.8. Adami, S. A conservative SPH method for surfactant dynamics / S. Adami, X. Hu, N. Adams//Journal of Computational Physics. — 2010. — Vol. 229 (5). — P. 1909-1926.9. Aliabadi, S.
High Performance Computing of Fluid-Structure Interactions in HydrodynamicsApplications Using Unstructured Meshes with More than One Billion Elements / S. Aliabadi, A.Johnson, J. Abedi, B. Zellars //Proceedings of the 9th International Conference on High PerformanceComputing (HiPC 02), Springer-Verlag, London, UK, 2002. — P. 519-533.10. ANSYS FLUENT 14.0 Theory Guide. ANSYS Inc., 2011.11. Ashgriz, N. FLAIR: Flux line-segment model for advection and interface reconstruction.
/N. Ashgriz, J.Y. Poo // J. Comput. Phys. — 1991. — Vol. 93. — P. 449-468.12. Barret, R. Templates for the Solution of Linear Systems: Building Blocks for IterativeMethods / R. Barret, M.W. Berry, T.F. Chan et al. — SIAM, Phildelphia, 1993.
— 112 p.13. Biscarini, C. CFD modelling approach for dam breakflow studies / C. Biscarini, S. DiFrancesco, P. Manciola // Hydrology and Earth System Sciences. — 2010. — Vol. 14. — P. 705-718.14. Brackbill, J.U. A continuum method for modeling surface tension / J.U. Brackbill, D.B.Kothe, C. Zemach. // Journal of Computational Physics.
— 1992. — Vol. 100 (2). — P. 335-354.15. Chang, Y.C. A level set formulation of eulerian interface capturing methods forincompressible fluid flows. / Y.C. Chang, T.Y. Hou, B. Merriman, S. Osher // Journal ofcomputational physics. — 1996. — Vol. 124. — P. 449-464.14416. Chen, H.C.
Time-Domain Simulation of Propeller-Ship Interactions under TurningConditions / H.C. Chen, S.K. Lee // Proceedings of the 16th ASCE Engineering MechanicsConference, University of Washington, Seattle, July 2003. — Paper No. EM-2003-137.17. Chien, K.-Y. Predictions of Channel and Boundary-Layer Flows with a Low-ReynoldsNumber Turbulence Model / K.-Y. Chien // AIAA Journal. — 1982. — Vol.
20, No. 1, — P. 33-38.18. Chou, S.K.. Simulating the self-propulsion test by a coupled viscous/potential flowcomputation / S.K. Chou, C.Y. Hsin, W.C. Chen, S.W. Chau // JSME International Journal. — 2003.— No. 4. — P. 382-390.19. Cleary, P W. Flow modelling in casting processes / P.W. Cleary, J . Ha // Appl. Math.Modelling. — 2002. — Vol. 26. — P.
171-190.20. Colagrossi, A. Dottorato di Ricerca in Meccanica Teorica ed Applicata XVI CICLO Ameshless Lagrangian method for free-surface and interface flows with fragmentation: PhD Thesis / A.Colagrossi. — Universita di Roma, La Sapienza, 2004.21. Colagrossi, A. Experimental and Numerical Investigation of 2D Sloshing with Slamming //A.
Colagrossi, C. Lugni, M. Greco, O.M. Faltinsen / Proceedings of the 19th International Workshopon Water Waves and Floating Bodies (IWWWFB), Cortona, Italy, 2004.22. Colagrossi, A. Numerical simulation of interfacial flows by smoothed particlehydrodynamics / A. Colagrossi // Journal of Computational Physics. — 2003. — Vol. 191 (2). —P. 448-475.23. Crespo, A.J.C. 2D SPH validation - effect of wet bottom on dam break evolution / A.J.C.Crespo // SPH European research interest community SIG. — 2007.
— Vol. 6. — 3 p.24. Cueille, P.-V. Modélisation par SPH des phénomènes de diffusion présents dans unécoulement fluide: PhD Thesis / P.-V. Cueille. — INSA, Toulouse, France, 2005.25. Cummins, S.J. An SPH projection method / S.J. Cummins, M. Rudman // Journal ofComputational Physics. — 1999. — Vol. 152 (2). — P. 584-607.26. Daly, B.J. A technique for including surface tension effects in hydrodynamic calculations /B.J. Daly // J.
Comput. Phys. — 1969. — Vol. 4. — P. 97-117.27. Daly, B.J. Numerical Study of the Effect of Surface Tension on Interface Instability / B.J.Daly // Phys. Fluids. — 1969. — Vol. 12. — P. 1340-1354.28. Deardorff, J.W. A numerical study of three-dimensional turbulent channel flow at largeReynolds numbers / J.W. Deardorff // J. Fluid Mechanics. — 1970. — Vol. 41 (2).
— P. 453-480.29. Delorme, L. Sloshing Flows. Experimental Investigation and Numerical Simulations withSmoothed Particle Hydrodynamics: PhD thesis / L. Delorme. — Technical University of Madrid(UPM), 2009.14530. Delorme, L. Sloshing loads simulation in LNG tankers with SPH / L. Delorme, A.S.Iglesias, S.A. Perez // International Conference on Computational Methods in Marine Engineering.Barcelona, 2005.31. Dhinesh, G. Sub domain based numerical modeling of ship hull propeller interaction / G.Dhinesh, V.A. Subramanian, K. Murali // Proceedings of the 3rd International Conference In OceanEngineering, ICOE 2009, Chennai, 1-5 February 2009.32. Eswaran, V.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
