Расчет стратифицированных течений около клина с использованием открытых вычислительных пакетов

Abstract

Решается задача формирования течений, индуцированных диффузией на клине, который при помещении его в толщу стратифицированной среды нарушаeт однородность фонового диффузионного потока стратифицирующей компоненты и приводит к формированию сложной многоуровневой вихревой системы. В полной нелинейной постановке решение системы уравнений строится численно с использованием метода конечных объемов, реализованного в оригинальных решателях открытого пакета OpenFOAM. Особое внимание уделялось созданию качественной расчетной сетки, которая учитывает многомасштабность поставленной задачи. Расчеты проводятся в параллельном режиме с использованием метода декомпозиции расчетной области в виртуальной вычислительной лаборатории UniHUB. Результаты вычислений показывают зоны дефицита давления, которые ответственны за возникновение пропульсивной силы, приводящей к самодвижению клина вдоль горизонта нейтральной плавучести в устойчиво стратифицированной среде.

Розв’язується задача формування течій, що індуковані дифузією на клині, який при розташуванні його в товщу стратифікованого середовища порушує однорідність фонового дифузійного потоку і призводить до формування складної багаторівневої вихрової системи. В повній нелінійній постановці розв’язання системи рівнянь будується чисельно з використанням методу скінченних об’ємів, що реалізоване в оригінальних вирішувачах відкритого пакету OpenFOAM. Особлива увага приділялася створенню якісної розрахункової сітки, яка враховує багатомасштабність задачі. Розрахунки проводяться в паралельному режимі з використанням методу декомпозиції розрахункової області у віртуальній обчислювальній лабораторії UniHUB. Результати обчислень показують зони дефіциту тиску, які відповідальні за виникнення пропульсивної сили, що приводить до саморуху клина вздовж горизонту нейтральної плавучості в стійко стратифікованому середовищі.

The problem on evolution of diffusion-driven flow on a wedge is solved. Due to breaking of naturally existing background diffusion flux of stratifying agent by impermeable surface of the wedge a complex multi-level vortex system of compensatory fluid motions is formed around the obstacle. The fundamental set is solved numerically in the full nonlinear formulation using finite volume method. The numerical solution is realized in original solvers of the open source package, OpenFOAM. Particular attention was paid to the creation of high-quality computational grid that takes into account multiscale task. The calculations are carried out in parallel based on a kind of domain decomposition method using the computational web-laboratory UniHUB with direct access to the JSCC cluster. The results of calculations show an intensive zone of pressure depression in front of the leading vertex of the wedge and pressure excess past the obstacle. The pressure gradient is responsible for generation of propulsive mechanism that results in a self-motion of the obstacle along its neutral buoyancy horizon.