Развитие лагранжевых и эйлеровых подходов для моделирования нестационарных двухфазных теченийНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Развитие лагранжевых и эйлеровых подходов для моделирования нестационарных двухфазных течений
Результаты этапа: За первый год выполнения проекта 2014 развит новый подход к исследованию устойчивости плоскопараллельных течений двухфазных сред типа "газ-инерционные частицы". На примере двухфазного течения в пограничном слое на плоской стенке с существенно неоднородным (в виде локализованных слоев) распределением дисперсной фазы в основном течении исследована как классическая (модальная) неустойчивость, так и немодальная (алгебраическая) неустойчивость. На основании параметрических расчетов задачи нахождения "оптимальных" (приводящих к максимальному росту кинетической энергии на конечном интервале времени) возмущений, определены типы оптимальных возмущений и найдены диапазоны наиболее "опасных" параметров инерционности частиц. Получил дальнейшее развитие полностью лагранжев подход к численному моделированию нестационарных двумерных газодисперсных течений с несжимаемой вязкой несущей фазой вязкой, основанный на комбинации вязкого аналога метода дискретных вихрей для несущей фазы и полного лагранжева метода для дисперсной фазы. На примере исследования импульсной газокапельной струи с испаряющимися каплями указанный подход развит на случай расчета существенно неизотермических течений с учетом фазовых переходов на поверхности дисперсных включений. Проведено численное исследование ряда двумерных задач гравитационной конвекции в суспензиях при конечных и больших числах Рейнодьдса и различных отношениях плотностей фаз. В дополнение к первоначальному плану работ, начато исследование ряда задач о течении жидкости вблизи так называемых супергидрофобных поверхностей, имеющих микровпадины, заполненные газовой фазовой. Исследованы автомодельные задачи растекания стоксовой пленки по супергидрофобным поверхностям.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Развитие лагранжевых и эйлеровых подходов для моделирования нестационарных двухфазных течений
Результаты этапа: Продолжено исследование немодальной (алгебраической) неустойчивости плоскопараллельных течений дисперсных сред на примере стратифицированного течения суспензии в плоском канале. В основном течении дисперсная фаза распределена в виде двух симметричных слоев, что моделирует эффект Сегре-Зибельберга. Новым элементом, существенно усложняющим постановку задачи устойчивости, является учет конечного объема дисперсной фазы. Исследованы "оптимальные возмущения", доставляющие максимум энергии возмущений несущей фазы на конечном интервале времени в конечном объеме течения. Показано, что когда слои удалены от стенок и оси канала, даже небольшое содержание дисперсной фазы приводит к резкому (до 30 процентов) увеличению энергии оптимальных возмущений, то есть резкому увеличению немодальной неустойчивости течения. Получил дальнейшее развитие комбинированный полностью лагранжев подход для расчета вихревых газодисперсных течений, основанный на объединении метода вязких вихревых доменов/дискретных вихрей для несущей фазы и полного лагранжева метода для дисперсной фазы. Проведено численное исследование ряда нестационарных осесимметричных газодисперсных течений, содержащих конечное число взаимодействующих вихревых колец, что потребовало принципиального усложнения численного алгоритма по сравнению с рассмотренным ранее случаем плоских течений. Разработана математическая модель и численный алгоритм для моделирования задач "быстрой" гравитационной конвекции в оседающей/всплывающей суспензии в условиях, когда скорость суспензии в вихревых областях существенно превышает скорость гравитационного оседания/всплытия частиц. Применительно к моделированию обтекания микротекстуры супергидрофобных поверхностей разработан численный алгоритм для расчета стационарных стоксовых течений над двумерной каверной, содержащей пузырек газа. Алгоритм основан на использовании метода граничных интегральных уравнений, что позволило впервые исследовать ситуацию, когда пузырек лишь частично заполняет каверну, а края искривленной межфазной границы не совпадают с верхними углами каверны. На основании параметрических расчетов исследована эффективная скорость проскальзывания жидкости над каверной для различных положений и радиусов кривизны межфазной поверхности.
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Развитие лагранжевых и эйлеровых подходов для моделирования нестационарных двухфазных течений
Результаты этапа: Продолжено исследование немодальной устойчивости плоскопараллельных течений суспензии с конечной объемной долей включений и существенно неоднородным профилем концентрации частиц в основном течении. На примере течения в плоском канале с двумя разнесенными слоями накопления частиц, параллельными стенкам канала, проведено параметрическое исследование "оптимальных" возмущений и зависимости энергии "оптимальных" возмущений от определяющих параметров задачи. Продолжено исследование осесимметричных вихревых газодисперсных течений с использованием полного лагранжева подхода для дисперсной фазы на примере задачи об импульсном впрыске двухфазной струю в полупространство, занятое чистым газом. Исследована структура локализованных зон накопления частиц в струе в зависимости от их параметров инерционности. Начато исследование пристеночных газокапельных течений с учетом испарения жидких капель и наличия жидкой пленки на обтекаемой поверхности. Проведены расчеты равновесной температуры адиабатической стенки при обтекании пластины высокоскоростным потоком газокапельного потока с вязкой теплопроводной несущей фазой. Продолжено численное исследование стоксовых течений вблизи элементов микроструктуры полосчатой супергидрофобной поверхности с использованием развитого алгоритма, основанного на методе граничных интегральных уравнений. Получила дальнейшее развитие квазидвумерная модель течений суспензии в узком вертикальном канале. С использованием указанной модели проведены численные расчеты ряда течений, вызванных наличием силы тяжести, в узком вертикальном слоте, иллюстрирующих развитие неустойчивости фронтов "суспензия- читая жидкость" и появление "страт" концентрации частиц в оседающей супензии.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".