Исследования течений вокруг одного или ряда цилиндров имеют важную практическую ценность. Основную часть сооружений, как трубы теплообмена, охлаждающие системы атомных электростанций, морские платформы, дымовые трубы, электрические кабеля и т.д., формируют цилиндры с круговым сечением. Упомянутые конструкции подвергаются воздействию потока воздуха или воды, следовательно, вырабатывают возбуждаемые потоками вибрацию, которые приводят к разрушению конструкции. Чтобы избежать эту ситуацию и улучшить дизайн конструкций необходимо понимать детали взаимодействия поток - конструкция. Эти знания могут быть улучшены экспериментальными и численными моделями. В прошлых десятилетиях несжимаемое течение вокруг одного цилиндра хорошо изучался и сейчас рассматриваетcя как классический случай для обоснования новых численных схем. С точки зрения геометрической конфигурации течение вокруг двух цилиндров может рассматриваться как расширенный случай изолированного цилиндра. Несмотря на это, соответствующая задача имеет свои трудности, связанные с взаимодействием течений между препятствиями. Положение каждого препятствия в потоке, относительно соседних, определяет возмущения и изменения, вносимые в поток перед препятствием и за ним. Из- за избытка интереса к характеристикам течения, исследования течений вокруг пары цилиндров остается актуальным. Геометрическое расположение двух цилиндров, в общем можно разделить, на расположенных параллельно, тандемом, и в шахматном порядке в соответствии с направлением свободного потока. Эти расположения экспериментально и численно изучались многими исследователями [1-3] . При численном моделировании обтекания препятствий возникают трудности, связанные с удовлетворением граничных условий на препятствии. Известны подходы к разрешению этих проблем, наиболее эффективными среди них можно назвать метод виртуальных границ [4], метод фиктивных областей [5], отличающихся простой реализацией. В данной работе рассматривается плоское течение сжимаемого турбулентного газа в поле силы тяжести, описываемое нестационарными уравнениями Навье-Стокса. Для исключения трудностей, возникающих при численном интегрировании исходной системы уравнений для малых чисел Маха, использована модель гипозвуковых течений [6]. Точное удовлетворение граничных условий на препятствии влияет на определение сил, действующих со стороны жидкости на тело. Для повышения порядка аппроксимации динамических характеристик на препятствий применяются линейная и билинейная интерполяции. Получены численные решения для течений вокруг двух цилиндров, расположенных параллельно и тандемом. Для количественного описания свойств течений вычисляются значения коэффициентов сопротивления и подъемной силы, и сравниваются с доступными данными. Для описания детализованной структуры потока около следа представлены численные визуализации в форме контуров завихренности и линии тока.
1. Bearman P.W., Wadcock A.J. The interaction between a pair of circular cylinders normal to a stream. Journal of Fluid Mechanics 1973; 61:499-511.
2. Williamson C.H. Evalution of a single wake behind a pair of bluff bodies. Journal of Fluid Mechanics 1985; 159:1-18.
3. Zdravkovich M.M. Review of flow interference between two circular cylinders in various arrangements. Journal of Fluid Engineering 1977; 99:618-633.
4. Kim J., Kim D., Choi H. An immersed-boundary finite-volume method for simulations of flow in complex geometries. Journal of Computational Physics. 2001. V.171, 132-150.
5. Вабишевич П.Н. Метод фиктивных областей в задачах математической физики. М.: МГУ, 1991, 156с.
6. Лапин Ю.В., Стрелец М.Х. Внутренние течения газовых смесей. М.: Наука, 1989. 368 с.
Abstracts file: | mausumbekova.doc |
Full text file: | Mausumbekova.pdf |