Моделирование взаимодействие турбулентности

Сравнение результатов, получаемых при решении иерархических уравнений, с результатами прямого численного моделирования двумерной турбулентности показывает, что модель не воспроизводит характерных для двумерной турбулентности когерентных вихрей и связанного с ними крутого участка спектра. Причиной тому служит отсутствие в модели взаимодействий между вихрями-соседями (нет горизонтальных связей в иерархическом дереве рис.6.7.). Модель теряет, таким образом, черты турбулентности, связанные с процессами самоорганизации в физическом пространстве. В то же время она наглядно иллюстрирует тот факт, что неоднородность каскадного процесса (перемежаемость) возникает и благодаря самим нелинейным взаимодействиям обмена энергии в иерархической структуре. [c.87]

Наибольшую сложность в подходе Эйлера — Лагранжа представляет собой учет обратного влияния дисперсной фазы на движение несущего потока, а также учет взаимодействия частиц дисперсной фазы друг с другом. При моделировании потоков газовзвесей с твердыми частицами турбулентная структура сплошной среды обычно рассчитывается на основе той или иной двухпараметрической к-Е модели турбулентности (см. подраздел 2.3.3). Влияние сил межфазного взаимодействия учитывается введением соответствующего источникового члена в уравнениях движения. Например, для стационарного осесимметричного турбулентного течения газа в вертикальной трубе уравнения движения можно записать как [c.203]

В монографии рассмотрены теоретические основы процессов взаимодействия между газами и жидкостями в интенсивных аппаратах, режимы работы, а также методы расчета и моделирования эффективных аппаратов. Проводится анализ влияния гидродинамических и масштабных параметров на показатели работы аппаратов, обобщены данные по коэффициентам скорости массо- (тепло-) передачи и к. п. д, в разных производственных процессах. Обобщены многочисленные работы авторов и других советских и иностранных ученых в области проведения абсорбции и десорбции, охлаждения и нагревания газов и т. п,, а также их обеспыливания и очистки от вредных загрязнений при промывке жидкостями в таких современных аппаратах колонного типа с турбулентным режимом работы как пенные аппараты различных типов, аппараты со взвешенной насадкой, аппараты с вертикальными решетками, полые колонны с распылением жидкости. [c.2]

Одними из наиболее важных элементарных процессов переноса являются процессы, происходящие в стекающих пленках жидкости. Их характеристики зависят от параметров течения и коренным образом различаются для различных гидродинамических режимов (ламинарного, волнового, турбулентного). В частности, это является следствием поверхностных явлений, изменяющих тип течения (загрязнение поверхностно-активными веществами, динамическое взаимодействие с газовой фазой). Интерес к проблемам процессов переноса в пленках жидкости всегда был очень велик. Это объясняется высокой интенсивностью обмена, обусловленной малой толщиной пленок. Изучение процессов переноса в жидких пленках составляет основу моделирования абсорбционных и ректификационных насадочных колонн, испарителей, теплообменников и т. п. [c.9]

Смесеобразование. Первый раздел главы 3 посвящен обзору исследований в области физико-математического моделирования процесса смешения твердых частиц с высокоскоростными потоками газа, возникающего при действии ударных волн, волн сжатия и разрежения на неустойчивые пылевые отложения, расположенные на границах каналов, на пластинах, в кавернах, и на свободные облака частиц. Описываются, в частности, эксперименты в ударных трубах с частицами, лежащими первоначально в кавернах и на поверхностях. Экспериментальные данные, которые представлены в в 1дe распределений концентрации частиц в различных точках пространства по высоте над неустойчивым слоем, распределений давления на нижней стенке ударной трубы, используются исследователями для верификации разработанных математических моделей как в режимах одиночных частиц и взаимодействующих континуумов, так и турбулентной диффузии. Анализ экспериментальных и расчетных данных показал в некоторых случаях корректность рассматриваемых моделей, которые позволяют [c.16]

Аналогичные условия моделирования процесса взаимодействия скачка уплотнения с турбулентным пограничным слоем стенки трубы реализованы в [41—44]. [c.311]

Для изучения климатических эффектов атмосферного аэрозоля необходимо решение задачи моделирования трехмерных полей оптических характеристик аэрозоля с учетом пространственной и временной изменчивости его химического состава, микроструктуры и концентрации. Последние определяются процессами генерации, трансформации и стока атмосферного аэрозоля, сложными газохимическими превраш,ениями в атмосфере, переносом аэрозоля в результате турбулентных движений, мелко- и крупномасштабной циркуляции атмосферы и взаимодействием между подстилающей поверхностью и атмосферой. Разработка современных численных моделей общей циркуляции атмосферы с учетом радиационных факторов требует, чтобы моделирование эволюции атмосферного аэрозоля было замкнутым и позволяло учесть влияние изменения его химического состава, микроструктуры на оптические характеристики (коэффициенты ослабления, поглощения и индикатрисы рассеяния). [c.4]

Значение ВЭТС определяют на основании лабораторных данных о необходимом времени контакта т илп же в опытах на пилотных установках. Как указывалось выше, данные по кинетике можно использовать в пульсациоиных колоннах с достаточной надежностью с учетом коэффициента моделирования, поскольку высокая турбулентность потока ускоряет процесс вы мывания пленочной влаги и оказывает некоторое влияние также на скорость удаления капиллярной влаги, приближая скорость взаимодействия к условиям лабораторного смешения. [c.136]

К проблеме взаимодействия УВ с пылевыми слоями тесно примыкает вопрос взаимодействия УВ с контактными разрывами, разделяющими два газа с сильно различающимися молекулярными весами. Действительно, смесь газа и твердых частиц можно моделировать тяжелым газом, сохраняя при этом одинаковыми числа Атвуда для обоих течений. Такой подход для моделирования рассматриваемой нами задачи о подъеме пыли был реализован, например, в работах А.Л. Кель, которые были процитированы выше и в которых исследовалось перемещивание двух различных газов на границе между ними в слое смешения. Традиционно слой перемешивания рассматривается как поверхность разрыва плотности, т.е. контактный разрыв. Взаимодействие ударной волны с коцтактным разрывом в одномерном нестационарном приближении описывается классическим решением задачи о распаде произвольного разрыва. Переход ударной волны из одного газа в другой через возмущенный контактный разрыв порождает неустойчивость Рихтмайе-ра-Мешкова. На заключительной стадии в области первоначального контактного разрыва образуется турбулентная область перемешивания, разделяющая потоки сжатых газов. Известно, что замена разрывного изменения плотности на контактном разрыве на непрерывное в некотором слое конечной ширины может снижать скорость роста возмущений на начальной стадии развития неустойчивости Рихмайера-Мешкова. Это отмечалось, например, в работах [103, 104], в которых проводились теоретические исследования нарастания амплитуды возмущения, и в экспериментальных работах [105 108]. [c.280]

Рис. 12.3. Прямое численное моделирование водородно-воздушного пламени предварительно перемешанной смеси [Lange et al., 1998]. Времена взаимодействия с турбулентным полем потока (сверху вниз) равны 0,90 0,95 1,00 и 1,05 мс. Начальная интенсивность турбулентности описывается числом Рейнольдса Re/ = 175 при i = О

Горение аэрозолей. Как отмечалось выше, первым шагом на пути моделирования горения струй аэрозолей является предположение, что горящая струя аэрозоля представляет собой просто ансамбль отдельных невзаимодействующих горящих капель. Капли образуются из струи в виде плотного облака с широким диапазоном размеров. Однако неизвестно, как эти капли различных размеров взаимодействуют друг с другом и с окружающим турбулентным потоком газов (см., например, [ 11Иаш8, 1990]). Для ответа на эти вопросы необходимо разделить весь процесс горения на стадии образования ансамбля аэрозольных частиц, движения капель, испарения капель и собственно горения. [c.257]

Имеющиеся литературные данные показывают, что для приближенного моделирования многих типов турбулентных течений пригодны и относительно простые модели турбулентности. В соответствии с [1] такими моделями могут быть описаны обычные течения типа погранслойных, характеризующиеся простым сдвигом ди/ду и не взаимодействующие с другим турбулентным полем, где влияние дополнительных скоростей деформаций и массовых сил пренебрежимо мало. При этом предполагается, что механизм турбулентного переноса, характеризующий связь между турбулентными напряжениями и местной скоростью деформации, носит локальный характер. Хотя в последнее время заметно некоторое оживление в этом направлении, все же практика исследований последних двух-трех десятилетий свидетельствует о том, что концепция турбулентной вязкости не может успешно использоваться для моделирования сложных течений. К ним относятся сдвиговые потоки, структура турбулентности которых испытывает существенное влияние массовых сил и дополнительных скоростей деформации, а [c.76]

Учитывая сложность и недостаточно высокую эффективность отмеченных подходов, весьма интересным представляется исследование Гесснера и Эмери [87], которые, исходя из концепции локального равновесия, пришли к выводу, что турбулентные напряжения в углах канала можно описать через эффективную вязкость. Использование локально-равновесной модели, которая, естественно, не учитывает предысторию течения, привлекает тем, что результирующие соотношения для напряжений Рейнольдса можно получить в сравнительно простой и удобной для расчетов форме. В этом смысле подход, который продемонстрирован в [87 ] на основе эксперимерттальных данных [88 ], представляется заслуживающим внимания в плане его приложения к моделированию турбулентного течения в неограничерпюй симметричной угловой конфигурации. Следует, однако, иметь в виду, что ар1алогия с каналом правомочна только при условии, если пространственные угловые зоны канала не взаимодействуют между собой. Это имеет место или на начальной стадии развития турбулентных пограничных слоев, или в канале достаточно больших (в сравнении с характерной толщиной пограничного слоя) поперечных размеров. [c.133]

В качестве объекта исследования использовалась модель, представляющая собой полуканал (одна из стенок которого открыта) образованный комбинацией из двух прямых двугранных углов. Поперечный размер боковых стенок полукана-ла (по оси у) был выбран достаточно большим (около 400 мм) с тем, чтобы избежать влияния свободных боковых границ на течение в угловых зонах. Размер стенки (дно) в направлении размаха г сохранялся постоянным, но сам процесс взаимодействия двух соседних угловых зон достигался за счет искусственного утолщения смежных пограничных слоев. С этой целью в окрестности передней кромки по периметру полуканала последовательно устанавливался зернистый или цилиндрический турбулизатор варьируемой высоты и диаметра. Тем самым обеспечивалась возможность моделирования турбулентного пограничного слоя переменной толщины и изучения его эволюции вниз по потоку, начиная от свободного развития (без интерференции) и кончая процессом непосредственного взаимодействия течений, формирующихся в угловых зонах. Эксперименты проводились при скорости невозмущенного потока = 30 м/с и числе Рейнольдса Ке = [c.151]

Не претендуя на полноту изложения и всеобъемлющий охват всего многоооб-разия сверхзвуковых отрывных течений, выделим лишь ту их часть, которая имеет непосредственное отношение к проблеме моделирования пристенных течений в областях взаимодействия скачка уплотнения с пограничным слоем в угловых зонах. Причем мы умышленно исключаем из рассмотрения те случаи взаимодействия скачка уплотнения с пограничным слоем, в которых процесс воздействия на структуру течения в угловой зоне происходит опосредованно, в частности, как результат взаимодействия с отраженной ударной волной. В качестве примера такого рода течений можно назвать течение в области взаимодействия косых скачков уплотнения, инициированных передними кромками двух (или более) клиньев (килей), установленных на плоской поверхности, с турбулентным пограничным слоем, формирующимся па отмеченной поверхности (см., например, [25, 26, 48—57]). Результаты численных [58] и экспериментальных [59, 60] [c.309]

На рис.5.11 показан пример поля завихренности, полученный при моделировании инерционного интервала переноса энстрофии (этот и два последующих рисунка взяты из работы ). На рисунке показаны линии равной завихренности. Темные пятна указывают на области с высокой завихренностью, характеризуемые большой плотностью изолиний. Эти области имеют близкие размеры и получили название когерентных структур , хотя это название нельзя признать удачным. Правильнее говорить об изолированных вихрях, которые, как будет видно из дальнейшего изложения, слабо взаимодействуют с окружающим их турбулентным потоком. Именно эти изолированные вихри и являются причиной возникновения столь крутых спектров. В цитируемой работе был проведен интересный эксперимент. Изолированные вихри разрушались искусственно таким образом, что при этом не изменялось распределение энергии по спектру (это делается путем внесения случайных сдвигов фаз в фурье- компоненты). В результате спектральное распределение энергии возвращалось к виду (5.15). [c.57]

Специфическими чертами морской турбулентности являются подвижная, легко деформируемая поверхность, через которую осуществляется термическо-динамическое взаимодействие атмосферы и океана, неоднородное поле плотности, всегда существующее в море, и крайняя нестационарность внешних условий. Эти особенности морской турбулентности очень сильно осложняют лабораторное моделирование, а иногда делают его невозможным. Поэтому исследование закономерностей природных турбулентных потоков приходится проводить непосредственно в природных условиях, где исследователь не избежно сталкивается с одновременным существованием разнородных процессов, влияющих на турбулентный обмен. [c.456]

Наблюдаемая в экспериментах по естественному переходу волна Толлмина — Шлихтинга представляет собой пакет волн с характерной частотой /р, разнесенных по частоте на величину А/ , равную характерной частоте низкочастотной модуляции амплитуды (рис. 4.10, а). Результаты моделирования этого пакета при помощи гармонической волны с частотой (см. рис. 4.10, б) показали важную роль взаимо-действия различных гармоник в заполнении спектра при переходе к турбулентности. Ю.С. Качановым с соавторами [Качанов и др., 19786 ] пакет волн Толлмина — Шлихтинга был смоделирован более точно при помощи введения двух волн Д, Д Д одинаковой амллитуды в области нелинейного взаимодействия, разнесенных по частоте так, что /j - Д А/ (см. рис. 4.10, в). Введение в пограничный слой двух [c.137]