Вторичные течения и мелкомасштабная турбулентность при конвекции в замкнутых областях

• Автор: Теймуразов, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Обзор литературы
1.1 Развитая конвекция в замкнутых объемах
1.2 Подходы к численному решению задач гидродинамики
1.3 Выводы по главе
2 Вторичные течения в горизонтальном слое жидкости с неоднородным подогревом снизу
2.1 Введение
2.2 Лабораторное моделирование атмосферных течений
2.3 Математическая постановка задачи и численный алгоритм
2.4 Результаты
2.4.1 Крупномасштабная циркуляция
2.4.2 Горизонтальные валы
2.4.3 Тснлоперснос
2.4.4 Карта режимов вторичных течений
2.5 Выводы по главе
3 Двумерные и квазидвумерные расчеты турбулентной конвекции в вертикальных слоях
3.1 Введение

3.2 Лабораторное моделирование турбулентной конвекции в прямоугольных областях
3.3 Математическая постановка задачи и численный алгоритм
3.4 Результаты
3.4.1 Крупномасштабная циркуляция
3.4.2 Мелкомасштабная турбулентность
3.4.3 О возможности инверсий КМЦ
3.5 Выводы по главе
4 Заключение
Литература

Введение
Актуальность.
Конвективное движение, вызванное неоднородным нагревом, является одним из наиболее распространенных видов течений жидкости и газа. В частности, горизонтальные конвективные движения, вызванные тепловыми потоками, являются неотъемлемыми элементами многих природных процессов, наблюдающихся в атмосфере и океанах Земли, а также течений, реализующихся в различных технологических устройствах. Заметная роль в формировании конвективных течений в таких потоках отводится вторичным течениям в пограничном слое. Одним из типов вторичных конвективных структур являются горизонтальные валы, которые в зависимости от параметров задачи могут иметь различные характеристики и оказывать существенное влияние на тепломассообмен в системе.
В практических приложениях горизонтальные валы появляются при смешанной (вынужденная плюс естественная) конвекции в каналах и влияют на теплоперенос в теплообменниках, при процессах химического паро-фазпого осаждения (СУБ-ироцесс), в системах охлаждения электронного оборудования и ядерных реакторов. Кроме того, исследования горизонтальных конвективных валов актуальны для современной геофизической гидродинамики в части понимания процессов, происходящих в атмосфере в районе раздела водной и твердой поверхностей или в районе с различно нагретыми областями океанической поверхности. Появились и исследова-

2.2. Лабораторное моделирование атмосферных течений
Натурные измерения в атмосфере, на реальных масштабах, являются чрезвычайно трудной задачей. Поэтому при изучении атмосферных явлений возрастает важность численного и лабораторного моделирования, которое позволяет получить подробные результаты и характеристики. Однако в лабораторных условиях практически невозможно получить полный аналог явлений, происходящих в атмосфере, таких как интенсивный атмосферный вихрь или движение в атмосферном пограничном слое. Все известные лабораторные эксперименты связаны с изучением каких-либо отдельных особенностей процесса вихреобразованпя. Одна их таких «особенностей» - возникновение на фоне основного крупномасштабного течения вторичных движений в виде горизонтальных валов.
Появление поперечных и продольных валов в цилиндрической кювете наблюдалось в работе Богатырева [08] по лабораторному исследованию крупномасштабного циклонического вихря, возникающего во вращающемся слое жидкости (со свободной верхней поверхностью) над нагретым круглым диском. Структура поля скорости в таком течении подробно изучена в [69,70]. Показано, что вторичные течения в виде продольных радиальных структур возникают над нагревателем вблизи дна модели в придонном конвергентном течении, формируясь на определенном расстоянии от границы горячего диска. Именно с модели Богатырева (Рис. 2.1) начались исследования в данном направлении в ІІГНИУ.
Поясним процесс образования тропического циклона в атмосфере и отметим, в чём заключаются сходства и какие различия он имеет с лабо-