Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ВОСХОДЯЩИХ ЗАКРУЧЕННЫХ ТЕЧЕНИЙ ВОЗДУХА

Обухов А. Г., Баранникова Д. Д.,

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие посвящено математическому моделированию и численным методам при исследовании сложных течений вязкого сжимаемого теплопроводного газа в тепловых закрученных потоках. Детально изучаются процессы возникновения и динамики трехмерного нестационарного движения воздуха, инициированного тепловыми источниками различной конфигурации при учете действия сил тяжести и Кориолиса.

Современные технологии предупреждения возникновения чрезвычайных ситуаций, связанных с масштабными атмосферными явлениями, были включены в перечень критических технологий РФ [1]. Среди таких технологий – технологии раннего предупреждения и ликвидации возникающих чрезвычайных ситуаций природного и техногенного происхождения. Одной из них является прогнозирование появления и эффективные методы уничтожения разрушительных атмосферных воздушных вихрей – торнадо, смерчей, огненных торнадо, а так же тропических циклонов.

Раннее предупреждение о возникновении и эффективные способы борьбы с атмосферными вихрями и их разрушительными последствиями невозможны без тщательного и глубокого изучения природы возникновения этих явлений, без понимания сути физических процессов, происходящих в них.

Именно поэтому изучение сложных течений газа как сплошной сжимаемой среды в температурных закрученных потоках является весьма актуальным.

Неравномерный локальный нагрев сплошной среды приводит к появлению неоднородностей температуры, плотности и давления. При действии сил тяжести и Кориолиса это является причиной возникновения сложного нестационарного закрученного движения среды.

Несмотря на большое количество публикаций, проведенных в последние годы экспериментальных исследований, различных подходов к выбору математических моделей и способов их численной реализации, адекватное описание сложных течений газа в температурных вихрях пока далеко от завершения. Математическое и численное моделирование при этом рассматривается как важный и очень часто как единственный инструмент исследования подобного рода сложных движений сжимаемых сплошных сред.

Основными целями предлагаемого учебного пособия являются:

1. Математическое численное моделирование нестационарных трехмерных течений сжимаемого газа с вязкими и теплопроводными свойствами в закрученном тепловом потоке, инициированном локальным нагревом подстилающей поверхности одним источником нагрева, несколькими источниками нагрева и нагревом вертикально расположенной области при действии сил тяжести и Кориолиса.

2. Численное нахождение решений полной системы дифференциальных уравнений Навье-Стокса, определяющих нестационарные трехмерные течения газа со свойствами вязкости и теплопроводности в тепловых закрученных потоках.

Математическое численное моделирование течений газа позволяют сформулировать конкретные рекомендации по проведению будущих экспериментов с восходящими закрученными тепловыми потоками, которые, в свою очередь, могут вывести на многие их практические применения. В частности, предложить наиболее эффективные методы уничтожения температурных восходящих закрученных потоков воздуха (смерчи, торнадо) и огненных торнадо, часто наблюдающихся в природе.