Численное моделирование обтекания сферы потоком вязкой несжимаемой жидкости

Abstract

Рассматривается задача обтекания сферы потоком вязкой несжимаемой жидкости в широком диапазоне чисел Рейнольдса. Предложенный численный алгоритм ешения задачи применим к задачам произвольной сложной геометрии. Численный алгоритм основывается на методе конечных объемов. При малых числах Рейнольдса применяется техника DNS, при больших числах Рейнольдса – техника LES. Oпределен диапазон чисел Рейнольдса, в котором в потоке возникают автоколебания и, следовательно, такой поток может порождать звук. Детально описаны как одночастотные, так и многочастотные колебательные режимы.

Розглянуто задачу обтікання сфери потоком в'язкої нестисливої рідини в широкому діапазоні чисел Рейнольдса. Запропонований чисельний алгоритм розв'язку задачі може бути застосований також до задач довільної складної геометрії. Чисельний алгоритм базується на методі скінчених об'ємів. При малих числах Рейнольдса застосовується техніка DNS, при великих числах Рейнольдса – техніка LES. Визначено діапазон чисел Рейнольдса, в якому в течії виникають автоколивання, а, отже, такий потік може породжувати звук. Детально описано як одночастотні, так і багаточастотні коливальні режими.

The flow of viscous incompressible fluid past a sphere is considered in a wide range of Reynolds number. The offered numerical algorithm is applicable to the problems of arbitrary complex geometry. It is based on the finite volume method. At low Reynolds numbers the DNS technique is employed, at high Reynolds numbers the LES technique. The range of Reynolds number is identified, within which the self-sustained oscillations occur in the flow, and hence such a flow can generate sound. Both single frequency and multi-frequency oscillatory regimes are described in detail.

Автор выражает глубокую признательность профессору И.В. Вовку и академику В.Т. Гринченко за помощь в постановке задачи и участие в обсуждении полученных результатов.