Разработка нового беспараметрического вычислительного метода прямого моделирования тепловой турбулентной конвекции при высоких числах Рэлея и низких числах Прандтля

Цель: разработка и верификация вычислительного метода для моделирования турбулентной тепловой конвекции несжимаемой жидкости на регулярных сетках в широких диапазонах чисел Рэлея и Прандтля. Разработанный метод реализован на современном языке программирования (Си) с использованием технологии параллельных вычислений MPI. Проведена верификация предложенной программы на данных натурного эксперимента. Указанная программа реализует описанную ранее методику предсказательного моделирования конвективного тепломассопереноса, которая базируется на алгоритме «КАБАРЕ» и эффективно адаптируется на многопроцессорные системы, имеет компактный сеточный шаблон и позволяет использовать достаточно грубые сетки без каких-либо настроечных параметров и вспомогательных моделей. Алгоритм построен исключительно на базовых математических принципах (таких, как принцип максимума) и базовых физических представлениях в виде классической системы уравнений Навье - Стокса в приближении Буссинеска, дополненной уравнениями несжимаемости и теплопроводности. В качестве независимого бенчмарка для опробования разработанной вычислительной методики на предмет ее предсказательной надежности и способности детально описывать рассматриваемые процессы в рамках границ применимости выбранной модели проведен эксперимент по тепловой конвекции воздуха в замкнутой, сильно вытянутой по высоте области (отношение высоты к ширине достигает 28,6) с изотермическими боковыми стенками. Течение воздуха при испытаниях было полностью трехмерным и турбулентным. Расчетами показано, что указанная методика успешно позволяет воспроизводить средние, нестационарные и спектральные характеристики течения в каверне.