Численное исследование свойств неоднородных жидкостей
при обтекании ими кругового цилиндра

Татьяна Ивановна Рождественская
(Институт автоматизации проектирования РАН)
e-mail: ares@icad.org.ru

Работа посвящена исследованию двумерных и трёхмерных течений неоднородной жидкости около круглого цилиндра с помощью созданного автором комплекса программ, и визуализации результатов. Данный вычислительный комплекс был разработан для машин с параллельной архитектурой.

Метод Белоцерковского-Гущина-Коньшина (метод расщепления по физическим факторам для несжимаемой жидкости с явной гибридной конечно-разностной схемой (Белоцерковский и др., 1975; Белоцерковский и др., 1987; Гущин, 1990) был модифицирован автором для расчётов течений неоднородной жидкости. Для программной реализации этого метода был создан эффективный механизм параллельного счёта. При расчётах двумерных течений впервые были численно выявлены слои повышенной плотности за телом, возникающие при обтекании его неоднородной жидкостью. Ранее они были обнаружены только экспериментально. Другие особенности течений неоднородной жидкости (застойная зона – блокировка жидкости перед препятствием) и возникновение внутренних волн тяжести, не свойственные течениям однородной жидкости, также были промоделированы. Результаты численных расчётов находятся в хорошем соответствии с экспериментальными данными. Кроме того, было обнаружены два явления, не отмеченные ранее в других исследованиях: необычное распределение возмущения солёности в форме “гребня” в течении перед цилиндром и существование застойных зон в следе за цилиндром для течений жидкости с малыми периодами плавучести при числах Рейнольдса меньших 60.

В расчётах трёхмерных течений, произведённых в широком диапазоне чисел Рейнольдса и Фруда, исследован размер области, занятой присоединёнными волнами в верхнем течении далеко перед критической точкой цилиндра. Кроме того, рассчитаны углы отрыва во всём рассматриваемом диапазоне течений. Подобные исследования также произведены впервые.

Обнаруженное при исследовании трёхмерных течений явление – огромная величина области, занятой внутренними волнами в верхнем течении перед критической точкой цилиндра по сравнению с препятствием, их вызывающим, может иметь большое практическое значение: обнаружение движущихся в солёной (морской) воде объектов на больших расстояниях вверх по течению от них. Указана возможность практического применения результатов исследований.