Численное моделирование стратифицированных течений с использованием OpenFOAM
https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2014-26(5)-10
Аннотация
Работа посвящена построению численной модели и расчету течений непрерывно стратифицированных жидкостей в поле внешних массовых сил с учетом диссипативных факторов - эффектов вязкости и диффузии.Математическое моделирование проводится на основе фундаментальной системы дифференциальных уравнений механики неоднородных многокомпонентных жидкостей. В полной нелинейной постановке решение поставленной задачи строится численно с использованием метода конечных объемов в рамках открытого пакетаOpenFOAM. Для учета эффектов стратификации и диффузии был разработан и протестирован собственный решатель stratifiedFoam, созданный на базе стандартныхи расширенных инструментов пакета. Внимание уделяется созданию качественной расчетной сетки, удовлетворяющей требованиям разрешения всех микромасштабовзадачи в областях высоких градиентовфизических переменных. Расчеты, проведенные в параллельном режиме с использованием вычислительных ресурсов web-лаборатории UniHUB, показали высокую работоспособность предложенной численной модели и хорошее согласие с экспериментальными данными.
Список литературы
1. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. Теоретическая физика, том VI, Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
2. Л. Прандтль.Гидроаэромеханика. М.: ИИЛ, 1949 г. 488 c.
3. O.M.Phillips. On flows induced by diffusion in a stably stratified fluid. Deep-Sea Res.,volume 17, 1970. P. 435-443.
4. A. Shapiro, E. Fedorovich. A boundary-layer scaling for turbulent katabatic flow. Boundary-layer meteorology, volume 153, Issue 1, 2014. P. 1-17. doi: 10.1007/s10546-014-9933-3.
5. Я.В. Загуменный, Ю.Д. Чашечкин. Тонкая структура нестационарного течения, индуцированного диффузией на неподвижной пластине. Известия РАН: Механика жидкости и газа, № 3, 2013 г.стр. 100-117.
6. Ю.Д.Чашечкин, Р.Н.Бардаков, Я.В.Загуменный. Расчет и визуализация тонкой структуры полей двумерных присоединенных внутренних волн, Морской гидрофизический журнал, № 6. 2010 г. стр. 3-15.
7. Я.В.Загуменный. Динамика и структура стратифицированного течения около горизонтальной пластины. Доклады НАН Украины, № 7, 2014 г. стр. 60-67.
8. M. R.Allshouse, M.F.Barad, T.Peacock Propulsion generated by diffusion-driven flow. Nature Physics,volume 6, 2010. P. 516-519. doi: 10.1038/nphys1686
9. M.J.Mercier, F.M.Ardekani, M.R.Allshouse, B.Doyle, T.Peacock. Self-propulsion of immersed object via natural convection. Physical review letters, volume 112, 2014. P. 204501(5).
10. Ю.Д.Чашечкин. Дифференциальная механика жидкостей: наблюдения и расчеты структуры течений. Журнал проблем эволюции открытых систем, том 2, вып. 15, 2013 г. с. 20-36.
11. Yu.D.Chashechkin, V.V.Mitkin.A visual study on flow pattern around the strip moving uniformly in a continuously stratified fluid, J. Visualiz, volume 7,Issue 2, 2004. P. 127-134.
12. В.Т.Калугин, М.В.Крапошин, С.В.Стрижак, А.В.Юскин Возможности открытого пакета OpenFOAM для решения задач аэрогидромеханики и теплообмена. Труды РНКТ-5. М.: Изд. дом МЭИ, том 1, 2010 г. с. 85-88.ISBN 978-5-383-00529-3
13. Ю.Д.Чашечкин, Я.В.Загуменный. Расчет течений непрерывно стратифицированной жидкости с использованием открытых вычислительных пакетов на базе технологической платформы UniHUB. Труды Института системного программирования РАН, том 24, 2013 г. стр. 87-106. doi: 10.15514/ISPRAS-2013-24-5.
14. Д.В.Чирков, С.Г.Черный. Сравнение точности и сходимости некоторых TVD-схем. Вычислительные технологии, том 5, 2000 г. с. 86-107.
15. О. Самоваров, С. Гайсарян. Архитектура и особенности реализации платформы UniHUB в модели облачных вычислений на базе открытого пакета OpenStack. Труды Института системного программирования РАН, том 26, вып. 1, 2014 г. стр. 403-420 doi: 10.15514/ISPRAS-2014-26(1)-17.
16. N.F.Dimitrieva, Ia.V. Zagumennyi. Calculations of admixture transport around a horizontal plate in a continuously stratified fluid. Selected papers of international conference “Fluxes and structures in fluids”. M.: MAKS Press, 2014. P. 61-68.
17. L.D. Landau, E.M. Lifshits. Teoreticheskaya fizika, tom VI Gidrodinamika [Theoretical physics, volume VI, Hydrodynamics]. М.:Nauka [Moscow: Science], 1986. 736 p.(in Russian)
18. L.Prandtl. Gidroaehromekhanika [Hydroaeromechanics]. М.: Izdatelʹstvo inostrannoi literatury [Moscow: Foreign Literature Publishing House], 1949. 488 p.(in Russian)
19. O.M.Phillips. On flows induced by diffusion in a stably stratified fluid. Deep-Sea Res.,volume 17, 1970. P. 435-443.
20. A. Shapiro, E. Fedorovich. A boundary-layer scaling for turbulent katabatic flow. Boundary-layer meteorology, volume 153, Issue 1, 2014. P. 1-17. doi: 10.1007/s10546-014-9933-3.
21. Ia.V.Zagumennyi, Yu.D.Chashechkin. Fine structure of unsteady diffusion-induced flow over a fixed plate. Fluid Dynamics, volume 48, № 3, 2013.P. 374-388. doi: 10.1134/S0015462813030113
22. Yu.D.Chashechkin, R.N. Bardakov, Ia. V. Zagumennyi. Raschet i vizualizatsiya tonkoj struktury polej dvumernykh prisoedinennykh vnutrennikh voln [Calculation and visualization of the fine structure of fields of two-dimensional attached internal waves], Morskoj gidrofizicheskij zhurnal [MarineHydrophysicalJournal], № 6. 2010. P. 3-15 (inRussian).
23. Ia. V. Zagumennyi.Dinamika i struktura stratifitsirovannogo techeniya okologorizontal'noj plastiny [Dynamics and structure ofa stratifiedflow arounda horizontalplate]. Doklady NАN Ukrainy [Reports of NAS of Ukraine], № 7, 2014. P. 60-67(in Russian).
24. M. R.Allshouse, M.F.Barad, T. Peacock Propulsion generated by diffusion-driven flow. Nature Physics, volume 6, 2010. P. 516-519. doi: 10.1038/nphys1686
25. M.J.Mercier, F.M.Ardekani, M.R.Allshouse, B.Doyle, T.Peacock. Self-propulsion of immersed object via natural convection. Physical review letters, volume 112, 2014. P. 204501(5).
26. Yu.D.Chashechkin. Differentsial'naya mekhanika zhidkostej: nablyudeniya i raschety struktury techenij [Differential fluid mechanics: flow, structures observations and calculations] ZHurnal problem ehvolyutsii otkrytykh sistem [Journal of the problems of the evolution of open systems], volume 2, Issue. 15, 2013. P. 20-36 (in Russian).
27. Yu.D.Chashechkin, V.V.Mitkin. A visual study on flow pattern around the strip moving uniformly in a continuously stratified fluid, J. Visualiz, volume 7, Issue 2, 2004. P. 127-134.
28. V. T. Kalugin, M. V. Kraposhin, S. V. Strizhak, А. V.YuskinVozmozhnosti otkrytogo paketa OpenFOAM dlya resheniya zadach aehro gidro mekhanikii teploobmena [The possibility of the opening package OpenFOAM to solve aero hydro mechanic and heat transfer problems]. Trudy RNKT-5 [Proceedings of the Fifth Russian National Conferenceon Heat Transfer]. М.:Izdatel'skij dom MEHI [Moscow: MPEI-publisher], volume 1, 2010. P. 85-88 (in Russian). ISBN 978-5-383-00529-3
29. Yu.D.Chashechkin, Ia. V. Zagumennyi. Raschet techenij nepreryvno stratifitsirovannoj zhidkosti s ispol'zovaniem otkrytykh vychislitel'nykh paketov na baze tekhnologicheskoj platformy UniHUB [Calculation of continuously stratified fluid flows using open computational packages based on the technological platform UniHUB]. Trudy ISP RАN [The Proceedings of ISP RAS], volume 24, 2013. P. 87-106(in Russian).doi: 10.15514/ISPRAS-2013-24-5.
30. D.V.Chirkov, S.G.Chernyi. Sravnenie tochnosti i skhodimosti nekotorykh TVD-skhem [Comparison of accuracy and convergence rate of someTVD-schemes] Vychislitel'nye tekhnologii [ComputerApplications], volume 5, 2000. P. 86-107 (in Russian).
31. O. Samovarov, S. Gaysaryan. Аrkhitektura i osobennosti realizatsii platformy UniHUB v modeli oblachnykh vychislenij na baze otkrytogo paketa OpenStack [The web-laboratory architecture based on the cloud and the UniHUB implementation as an extension of the OpenStack platform]. Trudy ISP RАN [The Proceedings of ISP RAS], volume 26, issue 1, 2014. P. 403-420(in Russian) doi: 10.15514/ISPRAS-2014-26(1)-17.
32. N.F. Dimitrieva, Ia.V. Zagumennyi. Calculations of admixture transport around a horizontal plate in a continuously stratified fluid. Selected papers of international conference “Fluxes and structures in fluids”. M.: MAKS Press, 2014. P. 61-68.
Рецензия
Для цитирования:
Димитриева Н.Ф., Загуменный Я.В. Численное моделирование стратифицированных течений с использованием OpenFOAM. Труды Института системного программирования РАН. 2014;26(5):187-200. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2014-26(5)-10
For citation:
Dimitrieva N.F., Zagumennyi Ya.V. Numerical simulation of stratified flows usingOpenFOAM package. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2014;26(5):187-200. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2014-26(5)-10
Послать статью по эл. почте 