Структура турбулентности над нагретыми поверхностями. Численные решения
В.В. НОСОВ, В.П. ЛУКИН, Е.В. НОСОВ, А.В. ТОРГАЕВ
Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, 634055, г. Томск, пл. Академика Зуева, 1
nosov@iao.ru
Ключевые слова: турбулентность, когерентная турбулентность, когерентная структура, топологический солитон, численное моделирование когерентных структур, уравнения Навье-Стокса, неоднородно нагретая поверхность, тепловая пестрота, turbulence, coherent turbulence, coherent structure, topological soliton, simulation of coherent structures, Navier-Stokes equations, inhomogeneously heated surface, thermal diversity
Страницы: 23-30
Подраздел: ОПТИКА СЛУЧАЙНО-НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД
Аннотация
Исследована структура турбулентных движений воздуха в замкнутых объемах (без обмена веществом на границах) над неоднородно нагретой поверхностью путем численного решения нескольких краевых задач для уравнений Навье-Стокса. Показано, что над неоднородно нагретой поверхностью возникают уединенные тороидальные вихри (когерентные структуры, топологические солитоны). Количество вихрей и их внутренняя структура зависят от формы и размера нагретых неоднородностей. В случае простых форм нагрева (однородный нагрев, одно нагретое круглое пятно) в объеме наблюдается когерентная турбулентность, возникающая в результате когерентного распада вихрей. Для сложных форм нагрева (тепловая пестрота) тороидальные вихри заметно деформируются. Вихри могут быть вытянутыми вдоль поверхности и иметь спиральные линии тока. В процессе эволюции вихри заметно смешиваются. Это дает колмогоровскую (некогерентную) турбулентность. Экспериментальные данные, полученные ранее в подкупольных помещениях астрономических телескопов, подтверждают наши численные расчеты.
DOI: 10.15372/AOO20160103 |
