Отчет по междисциплинарному интеграционному проекту фундаментальных исследований СО РАН № 132
ПРОБЛЕМЫ ГИДРОДИНАМИКИ, ГИДРОФИЗИКИ И ЭКОЛОГИИ КРУПНЫХ ВОДОЕМОВ СИБИРИ
Институты-исполнители: ИВТ, ИВЭП, ИГиЛ, ИТ, ИТПМ, ЛИН СО РАН
2-й этап
Научный координатор проекта:
академик О. Ф.
Ученый секретарь проекта:
к.т.н.
2013
Заявленная программа исследований имеет следующую структуру:
Блок 1. Вихревое перемешивание и энергетика турбулентности стратифицированных течений.
Блок 2. Исследование процессов тепло - массопереноса на границах раздела вода – лед и вода – атмосфера в природных условиях и с использованием физических и математических моделей.
Блок 3. Комплексные лимнологические исследования.
Блок 4. Моделирование гидрологических систем.
Блок 5. Сейши на озерах и водохранилищах Сибири.
Основные результаты 2013 года
Блок 1. Вихревое перемешивание и энергетика турбулентности стратифицированных течений (ИТПМ, ИВТ, ИВЭП).
В ИТПМ СО РАН проведены исследования по RANS−моделированию перемежающейся турбулентности в термически устойчиво стратифицированном пограничном слое. С использованием RANS−схемы турбулентности, учитывающей влияние внутренних гравитационных волн, исследована структура течения и статистические закономерности турбулентности устойчиво стратифицированного пограничного слоя. Проанализирована возможность описания в рамках RANS−приближения перемежающейся турбулентности как вблизи поверхности, так и над ней в окрестности струйного течения низкого уровня, формирующегося над пограничным слоем. Выявлена роль процессов турбулентной диффузии (статистических моментов третьего порядка) в генерации перемежающейся турбулентности. Результаты численного моделирования согласуются с результатами LES−моделирования (рис. 1.1 и 1.2) и натурных наблюдений о перемежаемости кинетической энергии турбулентности как вблизи поверхности, так и над ней, в окрестности струйного течения (струи) в верхней части пограничного слоя.
Время (в сек.)
Рис. 1.1. Временные ряды кинетической энергии турбулентности 
над
верхней ветвью струи ( диаграмма (1)) и на нижней ветви струи (диграммы (2) -
(4)) в сильно устойчивом пограничном слое (
К
м с-1), полученные при численном моделировании по
трехпара-метрической RANS схеме турбулентности. На каждой из диаграмм по оси
абсцис – локальное время в часах, по оси ординат - кинетическая энергия турбулентности Е (м2с-2).
Рис. 1.2. Временные ряды пере-межающейся кинетической энергии
турбулентности 
,
полученные в сильно устойчивом пограничном слое LES моделированием ( К
м с-1; z – вертикальная координата, h – высота пограничного слоя).
Анализ результатов проведенного исследования показывает, что для моделирования структуры турбулентности устойчиво-стратифицированного пограничного слоя наряду с LES−методом можно использовать RANS−метод. Вертикальный профиль турбулентного числа Прандтля, полученный по трехпараметрической RANS−схеме стратифицированной турбулентности и учитывающий влияние внутренних гравитационных волн для поддержания импульса течения в условиях сильной устойчивости, хорошо согласуется с результатами LES−и DNS−моделирования. Различия в поведении профиля, наблюдаемые в верхней части пограничного слоя, в слое гетерогенной температурной инверсии подтверждаются данными недавних натурных измерений. Проведенные тесты чувствительности RANS−схемы при описании перемежающейся турбулентности показали существенную роль турбулентной диффузии (статистических моментов третьего порядка) в уравнениях баланса КЭТ и скорости ее спектрального расходования, поэтому их адекватная параметризация для устойчиво стратифицированного течения в пограничном слое требует дальнейшего исследования. Сравнение с результатами LES−моделирования и данными наблюдений показывает, что обнаруживаемое присутствие перемежающейся турбулентности ниже струи может быть воспроизведено и RANS−схемой. Это обусловлено увеличением сдвига в области под струей. В окрестности струйного течения турбулентность как вблизи поверхности, так и “поднятая” над ней, имеет перемежающийся характер.
В ИВТ и ИВЭП СО РАН выполнены работы по созданию и тестированию численных моделей турбулентности, учитывающих совместную стратификацию водоёма по температуре и солёности.
Основой модели является классическая 
модель.
Построенная математическая модель включает слабо равновесную аппроксимацию для
корреляционных моментов 
,
локально равновесные аппроксимации для потоков 
и
.и
совместную корреляцию 
,
являющихся следствием алгебраического усечения соответствующих дифференциальных
уравнений переноса этих величин - модель 1. Модель включает в себя уравнения
баланса энергии турбулентности, скорости ее диссипации, уравнение переноса
дисперсии турбулентных флуктуаций вертикальной компоненты скорости.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
