Численное исследование взаимодействия вихревого кольца с фоновой турбулентностью
М.Ю. Хребтов1, М.С. Бобров1, Д.Б. Жакебаев2, К.К. Каржаубаев3
1Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия
weexov@ya.ru
2Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы, Республика Казахстан
3Национальная инженерная академия, Алматы, Республика Казахстан
Ключевые слова: турбулентность, прямое численное моделирование, плавучесть, каскад турбулентности, turbulence, direct numerical simulation, buoyancy, turbulence cascade
Страницы: 873-888
Аннотация
В статье представлены результаты прямого численного моделирования турбулентного вихревого кольца с умеренным числом Рейнольдса, взаимодействующего с полем внешних турбулентных пульсаций. Кольцо формируется за счет сил плавучести из области повышенной температуры, имеющей изначально сферическую форму. Было рассмотрено взаимодействие кольца с полем турбулентных пульсаций (температуры и скорости), расположенных в виде горизонтального слоя перед кольцом. Обнаружен эффект разделения вихрей в слое пульсаций по знакам завихренности (по отношению к вращению кольца) при прохождении кольца сквозь данное поле. Этот эффект приводит сначала к замедлению движения кольца, когда пульсации проходят снаружи от него, а затем к его ускорению с уменьшением радиуса, когда пульсации попадают в центр кольца. За счет сил плавучести в слое пульсаций происходит разделение горячего и холодного воздуха. При взаимодействии с кольцом это приводит к тому, что пониженная температура накапливается в ядре кольца, а повышенная ¾ вблизи его оси. Такое распределение температуры приводит к бароклинной генерации завихренности, направленной на уменьшение радиуса кольца.
|
