Применимость стоксовского приближения для расчета скорости паровоздушной струи над локально нагретой поверхностью воды

Abstract

This paper presents a mathematical model of an air steam flow arising above a locally heated water surface. The model is based on the system of equations of free convection in the Boussinesq approximation and is implemented as a computer program in C language. Numerical simulation aided in obtaining the velocity fields of the jet are obtained at various values of the water surface temperature. The values of the flow velocities obtained in the framework of the Stokes approximation are compared with the calculated values based on the results of experiments on the levitation of water droplets. As a result of the comparison, the condition of the applicability of the approximation of Stokes to estimate the velocity of an air steam flow is formulated.

В работе построена математическая модель паровоздушной струи, возникающей над локально нагретой поверхностью воды. Модель базируется на системе уравнений свободной конвекции в приближении Буссинеска и реализована в виде компьютерной программы на языке Cи. В результате численного моделирования получены поля скоростей струи при различных значениях температуры поверхности воды. Проведено сравнение значений скоростей струи, полученных в рамках стоксовского приближения, с расчетными значениями, опирающимися на результаты экспериментов по левитации микрокапель воды. В результате сравнения сформулировано условие применимости стоксовского приближения для оценки скорости паровоздушной струи.