Текущий выпуск Номер 4, 2022 Том 14
[ Switch to English ]

О неустойчивости Толмина – Шлихтинга в численных решениях уравнений Навье – Стокса, полученных на основе мультиоператорной схемы 16-го порядка

 pdf (528K)

В работе приводятся результаты применения схемы очень высокой точности и разрешающей способности для получения численных решений уравнений Навье – Стокса сжимаемого газа, описывающих возникновение и развитие неустойчивости двумерного ламинарного пограничного слоя на плоской пластине. Особенностью проведенных исследований является отсутствие обычно используемых искусственных возбудителей неустойчивости при реализации прямого численного моделирования. Используемая мультиоператорная схема позволила наблюдать тонкие эффекты рождения неустойчивых мод и сложный характер их развития, вызванные предположительно ее малыми погрешностями аппроксимации. Приводится краткое описание конструкции схемы и ее основных свойств. Описываются постановка задачи и способ получения начальных данных, позволяющий достаточно быстро наблюдать установившийся нестационарный режим. Приводится методика, позволяющая обнаруживать колебания скорости с амплитудами, на много порядков меньшими ее средних значений. Представлена зависящая от времени картина возникновения пакетов волн Толмина – Шлихтинга с меняющейся интенсивностью в окрестности передней кромки пластины и их распространения вниз по потоку. Представленные амплитудные спектры с расширяющимися пиковыми значениями в нижних по течению областях указывают на возбуждение новых неустойчивых мод, отличных от возникающих в окрестности передней кромки. Анализ эволюции волн неустойчивости во времени и пространстве показал согласие с основными выводами линейной теории. Полученные численные решения, по-видимому, впервые описывают полный сценарий возможного развития неустойчивости Толмина – Шлихтинга, которая часто играет существенную роль на начальной стадии ламинарно-турбулентного перехода. Они открывают возможности полномасштабного численного моделирования этого крайне важного для практики процесса при аналогичном изучении пространственного пограничного слоя.

Ключевые слова: мультиоператорные схемы, уравнения Навье – Стокса сжимаемого газа, численное моделирование, неустойчивость Толмина – Шлихтинга, распространение пакетов волн неустойчивости
Цитата: Толстых А.И., Широбоков Д.А. О неустойчивости Толмина – Шлихтинга в численных решениях уравнений Навье – Стокса, полученных на основе мультиоператорной схемы 16-го порядка // Компьютерные исследования и моделирование, 2022, т. 14, № 4, с. 953-967
Citation in English: Tolstykh A.I., Shirobokov D.A. On Tollmien – Schlichting instability in numerical solutions of the Navier – Stokes equations obtained with 16th-order multioperators-based scheme // Computer Research and Modeling, 2022, vol. 14, no. 4, pp. 953-967
DOI: 10.20537/2076-7633-2022-14-4-953-967
Creative Commons License Статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported License.

Полнотекстовая версия журнала доступна также на сайте научной электронной библиотеки eLIBRARY.RU

Журнал входит в Перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук ВАК, группы специальностей: 01.01.00, 01.02.00.
 

Международная Междисциплинарная Конференция "Математика. Компьютер. Образование"

Международная Междисциплинарная Конференция МАТЕМАТИКА. КОМПЬЮТЕР. ОБРАЗОВАНИЕ.

Журнал включен в базу данных Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science

Журнал индексируется в Scopus