РАЗРАБОТКА СОГЛАСОВАННЫХ АНАЛИТИКО-ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТ А ДИНАМИКИ И СТРУКТУРЫ ТЕЧЕНИЙ ЖИДКОСТЕЙ И МЕТОДИК СРАВНЕНИЯ С ДАННЫМИ ВЫСОКОРАЗРЕШАЮЩИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА СТЕНДАХ УСУ «ГФК ИПМЕХ РАН»

Представлены результаты разработки двух- и трехмерных компьютерных программ расчета структуры нестационарных течений около плохо обтекаемых препятствий, основанные на системе фундаментальных уравнений механики жидкостей. В качестве объекта исследований выбраны два плохо обтекаемых тела - пластина с острыми кромками, ориентированная под произвольным углом атаки, включая горизонтальное и вертикальное положения, и симметричный клин. Проведено согласованное лабораторное и теоретическое (аналитическое и численное) моделирование обтекания препятствий однородной, слабо- и сильностратифицированной жидкостью. В единой постановке рассмотрен диапазон условий, соответствующих ползучему течению (течению, индуцированному диффузией на топографии), волновому и вихревому режимам в диапазоне чисел Рейнольдса от 1 до 100000. Впервые построено полное решение задачи обтекания, позволяющее анализировать тонкую структуру полей всех физических параметров задачи (скорости, плотности, давления и их градиентов, завихренности, а также сил и моментов, действующих на препятствие). Разработанная методика позволяет проводить сравнение результатов численных расчетов эволюции тонкой структуры двумерных течений стратифицированных и однородных жидкостей около препятствий с данными экспериментальных исследований с оценкой погрешности. Результаты сравнения расчетов и данных лабораторных экспериментов, выполненных на стендах УСУ «ГФК ИПМех РАН» и других научных центров, хорошо согласуются между собой. Разработаны методики и проведены исследования эволюции картины переноса вещества капли в течениях с деформированной свободной поверхностью, прослежены режимы выброса капель и тонких струй (стримеров) на стендах УСУ «ГФК ИПМех РАН». Впервые прослежена филаментная структура распределения вещества капли в покоящейся принимающей жидкости на всех этапах эволюции течения вплоть до полного вырождения структуры на стадии молекулярной диффузии. По результатам анализа экспериментальных данных обоснована необходимость изучения механизмов переноса энергии в течениях с учетом их пространственно-временных масштабов.