Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2023
Идентификатор DOI: 10.7242/1999-6691/2023.16.1.7
Ключевые слова: numerical modeling, submerged boundary method, natural convection, moving body, численное моделирование, метод погруженных границ, естественная конвекция, подвижное тело
Аннотация: Представлена математическая модель, предназначенная для описания взаимодействия свободно-конвективного потока с подвижным телом. Модель реализована в рамках расчетного программного комплекса SigmaFlow, основанного на методах вычислительной гидродинамики. Свободно-конвективное течение описывается уравнениями Навье-Стокса в приближенПоказать полностьюии Буссинеска, а модель подвижного тела реализована с помощью метода погруженных границ. В статье приведены результаты верификации предложенной математической модели на следующих тестовых задачах: нестационарное ламинарное обтекание цилиндра; естественная конвекция в канале между двумя цилиндрами; развитое конвективное течение в замкнутой прямоугольной области с неподвижной пластиной. Представлены результаты численного исследования движения пластины в свободно-конвективном потоке в замкнутом объеме (кювете) с горячей нижней и холодной верхней стенками. В результате расчетов обнаружено влияние подвижной пластины на динамику формирования крупномасштабных ячеек, на локальное распределение плотности теплового потока на нижней стенке и интегральный тепловой поток. В частности, выявлено локальное уменьшение теплового потока под пластиной, увеличение числа крупных вихрей в кювете и разрушение горизонтального градиента температуры, который наблюдается в случае закрепленной пластины. Кроме этого, для закрепленной пластины величина теплового потока под ней зависит от ее положения, а в случае подвижной пластины - от положения и направления ее движения. Качественное сравнение расчетов для двух разных чисел Релея c экспериментальными данными, полученными в Институте механики сплошных сред УрО РАН, показало, что поведение пластины имеет схожие закономерности. A mathematical model developed to describe the interaction of a thermal convective flow with a moving body is presented. The model was implemented within the framework of the SigmaFlow computational software package, which is based on computational fluid dynamics methods. The thermal convective flow is described by the Navier-Stokes equations in the Boussinesq approximation, and the moving body model is implemented using the immersed boundary method. The article presents the results of verification of the proposed mathematical model by solving the following test problems: unsteady laminar flow around the cylinder; natural convection in the channel between two cylinders; developed convective flow in a closed rectangular area with a fixed plate. The results of a numerical study of the plate motion in a thermal convective flow in a closed volume (cuvette) with hot lower and cold upper walls are presented. The calculations showed that the moving plate has an impact on the dynamics of formation of large-scale cells, the local distribution of heat flux density on the lower wall and the integral heat flux. In particular, they revealed a local decrease in the heat flux under the plate, an increase in the number of large vortices in the cuvette and the destruction of the horizontal temperature gradient observed in the case of a fixed plate. In addition, for a fixed plate, the value of heat flux under it depends on its position, and in the case of a moving plate - on the position and direction of its movement. A qualitative comparison of calculations for two different Rayleigh numbers with the experimental data obtained at the Institute of Continuous Medium Mechanics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences showed that the behavior of the plate is governed by similar regularities.
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред
Выпуск журнала: Т. 16, № 1
Номера страниц: 89-100
ISSN журнала: 19996691
Место издания: Пермь
Издатель: Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН