Численный расчет скоростных характеристик закрученного потока газа, инициированного холодным вертикальным продувом

Abstract

When using the explicit difference scheme in a rectangular parallelepiped, numerical solutions of the full Navier-Stokes equations are constructed. These solutions describe an unsteady three-dimensional flow of compressible viscous heat-conducting gas in a rising swirling flows under the action of gravity and Coriolis. Upward vertical swirling flow is initiated by blowing, which is modelled by specifying the vertical component of the velocity at the top opening of the computational domain. The dissipative properties of the gas as a continuous medium are taken into account through constant coefficients of viscosity and thermal conductivity. The initial conditions are a set of functions that are an exact solution of the full Navier-Stokes equations. We propose specific boundary conditions, describing the behavior of gas-dynamic parameters on the planes of the settlement of the box. The results of calculations of rising swirling stream speed characteristics are demonstrated. It has been shown that the components of the gas velocity in this complex undergo noticeable changes during the initial stage. By increasing the time of calculation, the speed parameters and all the flow gradually stabilize, reaching a steady state.

При использовании явной разностной схемы в прямоугольном параллелепипеде численно строятся решения полной системы уравнений Навье-Стокса. Такие решения описывают трехмерные нестационарные течения сжимаемого вязкого теплопроводного газа в восходящих закрученных потоках в условиях действия сил тяжести и Кориолиса. Восходящий закрученный поток инициируется вертикальным продувом, который моделируется заданием вертикальной составляющей скорости в верхнем отверстии расчетной области. Диссипативные свойства газа как сплошной среды учитываются через постоянные коэффициенты вязкости и теплопроводности. За начальные условия принимается набор функций, являющихся точным решением полной системы уравнений Навье-Стокса. Предложены конкретные граничные условия, описывающие поведение газодинамических параметров на плоскостях расчетного параллелепипеда. Приведены результаты расчетов скоростных характеристик возникающего восходящего закрученного потока. Показано, что компоненты скорости газа при таком сложном течении претерпевают заметные изменения на начальной стадии. При увеличении времени расчета скоростные параметры и все течение в целом стабилизируются с постепенным выходом на стационарный режим.