Иевлев В.М.-Численное моделирование турбулентных течений

В монографии рассмотрены два взаимосвязанных подхода к построению теории турбулентности.

Часть I посвящена прямому численному моделированию крупномасштабной турбулентности.

Характеристики ее получены путем статистической обработки результатов расчетов («численных экспериментов»). Даны методики расчетов однородной магнитогидродинамической турбулентности и однородной турбулентности в стратифицированной среде в поле силы тяжести.

В части II развиты полуэмпирические методы теории, основанной на принципе «локального подобия» в явлениях турбулентного переноса. Эта теория позволяет решать большое число практически важных задач, причем формулы теории уточняются на основе численного эксперимента, описанного в части I.

Для научных работников, инженеров и студентов в области гидродинамики и теплофизики.

Турбулентное движение является наиболее распространенной формой движения жидкостей и газов в природе и в технических устройствах. Однако удовлетворительных (т. е. достаточно универсальных и обоснованных) методов расчета турбулентных течений не существует, несмотря на уже более чем вековую историю развития исследований турбулентности и большое число работ в этом направлении, публикуемых ежегодно. Это объясняется двумя причинами: прежде всего сложностью самого явления; ограниченностью возможностей того направления в теории турбулентности, которое сейчас является преобладающим.

Очевидно, необходимы новые подходы при построении теории турбулентности. В настоящее время в качестве основы для этого чаще всего используются уравнения для моментов пульсирующих величин. В теории однородной турбулентности, где достигнуты наибольшие успехи, применяются уравнения для двухточечных моментов [1—2], а в теории неоднородной турбулентности — в большинстве случаев только уравнения для одноточечных моментов [2—4].

Эти уравнения являются незамкнутыми, они замыкаются приближенно с помощью различных гипотез (интуитивного характера, основанных на соображениях подобия или на экспериментальных данных). В приближенные выражения, замыкающие уравнения для моментов, входит обычно некоторый масштаб турбулентности Z. Получение уравнения для I является всегда одной из наиболее сложных задач полуэмпирических теорий. Дело в том, что масштаб Z, конечно, не может быть определен только через одноточечные моменты, так как он сам является мерой расстояния между точками в потоке, на котором существует еще заметно отличная от нуля корреляция турбулентных пульсаций. Поэтому при получении уравнения для масштаба I поступают обычно одним из двух способов: либо записывают уравнение для двухточечных моментов поля скоростей и затем интегрируют это уравнение по расстоянию между точками, либо записывают уравнение для диссипации энергии є и приближенно определяют отдельные члены этого уравнения через масштаб I и другие величины. В обоих случаях приходится делать много предположений достаточно произвольного характера, не обоснованных в необходимой мере экспериментальными данными.

Скачать>>     Зеркало>>