О размыве дна, вызванном взвешенной турбулентной струей
https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2025-37(2)-13
Аннотация
В работе рассмотрена задача о воздействии турбулентной струи, на размываемое дно. Предложена математическая модель задачи, включающая уравнения Рейнольдса, уравнения переноса кинетической энергии, диссипации турбулентности, концентрации взвешенных частиц и уравнение русловых деформаций. Для описания изменений донной поверхности используется оригинальное уравнение донных деформаций, построенное на основе аналитической модели движения влекомых наносов. Предложен алгоритм решения задачи с помощью метода контрольных объемов. Численное моделирование задачи показало, что при размыве дна под воздействием турбулентной струи возникает характерная донная волна, параметры которой в области размыва, согласуются с известными экспериментальными данными.
Ключевые слова
При поддержке: Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект No 23-71-10091).
Об авторах
Александр Георгиевич ПЕТРОВ
Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Россия
Россия
Доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник Института проблем механики Российской академии наук. Область научных интересов: механика жидкости, аналитическая механика.
Игорь Иванович ПОТАПОВ
ВЦ ДВО РАН
Россия
Россия
Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лаборатории вычислительной механики Вычислительного центра Дальневосточного отделения Российской академии наук с 2009 года. Сфера научных интересов: численные методы, русловые и гидродинамические процессы в равнинных реках.
Список литературы
1. B. M. Sumer, J. Fredsoe, The Mechanics of Scour in the Marine Environment//World Scientific, River Edge, NJ, 2002, pp. 101 -103.
2. A. Nasr, J. C. S. Lai A turbulent plane offset jet with small offset ratio// Springer-Verlag. Experiments in Fluids. 1998, Vol. 24, pp. 47-57.
3. Chen Fu, Mesbah Uddin, Alex Curley. Insights derived from CFD studies on the evolution of planar wall jets, Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 2016. Vol.10:1, pp. 44-56.
4. Yonggang Cui, Wei Haur Lam, Tianming Zhang, Chong Sun, Gerard Hamill. Scour Induced by Single and Twin Propeller Jets//J. Water. 2019, Vol. 1097, N. 11, pp. 2-19.
5. Longe, P. Hebert, and R. Byl, “Erosion problems at existing quay constructions due to bow thrusters and main propellers of ships when berthing or leaving, «in Bulletin of the Permanent International Association of Navigation Congresses [PIANC], 1987.
6. Maoxing Wei, Yee-Meng Chiew, Nian-Sheng Cheng. Recent advances in understanding propeller jet flow and its impact on scour // Phys. Fluids 32, 101303, 2020, 32 p.
7. Karki R., Faruque M. A. A., Balachandar R. Local scour by submerged offset jets// Proceedings of the Institution of Civil Engineers. Water Management 160, Issue WM3, 2007, pp. 169–179.
8. Петров А.Г., Потапов И.И. Избранные разделы русловой динамики // М.: Ленанд. 2019. 244 с. / Petrov A.G., Potapov I.I. Selected sections of channel dynamics // M.: Lenand. 2019. 244 p.
9. Королёва К. С., Потапов И. И. О развитии донных форм, возникающих при набегании осветленного турбулентного потока на несвязное дно// ПМТФ, 2022, N. 63. № 1, c. 80-88./ Koroleva K. S., Potapov I. I. On the development of bottom forms arising from the onset of a clarified turbulent flow on a disjoint bottom// PMTF, 2022, N. 63, No. 1, pp. 80-88. (in Russian).
10. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: В 2 т. Т. 2. Методы расчета различных течений. М.: Мир, 1991, 552 с. / Fletcher K. Computational methods in fluid dynamics: In 2 vols. Vol. 2. Methods for calculating various flows. Moscow: Mir, 1991, 552 p. (in Russian).
11. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984, 124 с. / Patankar S. Numerical methods for solving problems of heat transfer and fluid dynamics. Moscow: Energoatomizdat, 1984, 124 p. (in Russian).
12. Луцкий А. Е., Северин А. В. Простейшая реализация метода пристеночных функций. М., 2013. (Препр. / Ин-т прикл. математики им. М. В. Келдыша; № 38)./ Lutsky A. E., Severin A. V. The simplest implementation of the wall functions method. Moscow, 2013. (Preprint / M. V. Keldysh Institute of Applied Mathematics; No. 38). (in Russian).
13. K. H. M. Ali A. A. Salehi Neyshabour Localized scour downstream of a deeply submerged horizontal jet// Proc. Instn Ciu. Engrs, Part 2, 1991, 91, Mar., pp. 1-18.
14. Потапов И.И. Использование информационной системы «Амур» для исследования гидродинамических и русловых процессов (https://github.com/PotapovII/Amur). // Открытые эволюционирующие системы: вектор развития. Материалы Седьмой международной научно-практической конференции г. Хабаровск, 20–21 ноября 2024 г., стр. 7-11.
Рецензия
Для цитирования:
ПЕТРОВ А.Г., ПОТАПОВ И.И. О размыве дна, вызванном взвешенной турбулентной струей. Труды Института системного программирования РАН. 2025;37(2):181-194. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2025-37(2)-13
For citation:
PETROV A.G., POTAPOV I.I. On the Erosion of the Bottom Caused by a Suspended Turbulent Jet. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2025;37(2):181-194. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2025-37(2)-13
Послать статью по эл. почте 