Методы моделирования многокомпонентных сред

МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СРЕД [c.66]

Одно из важных приложений теории турбулентности многокомпонентных сред связано с моделированием динамических свойств средней атмосферы. При этом, в качестве исходных, используются различные данные измерений, в том числе данные, получаемые по результатам зондирования атмосферы в диапазонах оптических и радиоволн. Все более важную роль приобретают методы регулярного космического мониторинга, в связи с чем возрастает значимость разработки соответствующих физико-математических моделей, служащих целям аккуратной оперативной дешифровки измерительной информации в реальном масштабе времени. [c.274]

Приведенные примеры не исчерпывают результаты исследований по моделированию многокомпонентных турбулентных сред, но, вместе с тем, свидетельствуют об эффективности применения разработанных методов к изучению разнообразных природных объектов, включая возможности их использования в ряде приложений. Обсуждение других направлений исследований потребовало бы, однако, существенного расширения объема книги, что на данном этапе, по известным причинам, оказалось невозможным. Совершенствование теории и модельных подходов открывает перспективы дальнейшего расширения класса моделей, в рамках которых можно ожидать углубленного понимания реагирующей турбулентности и связанных с нею явлений природы. [c.315]

В монографии дается систематическое изложение современного подхода к инвариантному моделированию развитых турбулентных течений многокомпонентных химически активных газов, применительно к специфике математического моделирования верхних атмосфер планет. Основное внимание уделено проблеме взаимовлияния химической кинетики и турбулентного перемешивания, а также разработке полуэмпирического метода расчета коэффициентов турбулентного обмена в стратифицированных сдвиговых течениях, основанного на использовании эволюционных уравнений переноса для вторых моментов пульсирующих термогидродинамических параметров. Возможности разработанных моделей многокомпонентной турбулентности природных сред продемонстрированы в ряде вычислительных примеров, описывающих процессы кинетики и тепло-массопереноса в верхних атмосферах планет. [c.2]

Для того, чтобы метод инвариантного моделирования, развитый к настоящему времени для турбулентной однородной жидкости, обобщить на сжимаемые многокомпонентные химически активные среды, следует, помимо выведенного в предыдущем параграфе уравнения для тензора рейнольдсовых напряжений, дополнительно получить эволюционные уравнения переноса для одноточечных вторых моментов пульсирующих термогидродинамических параметров смеси, в том числе и для скорости диссипации турбулентной энергии. Хотя используемый ниже подход к выводу этих достаточно однотипных уравнений обладает определенной трудоемкостью, он представляется совершенно необходимым, поскольку позволяет не только получить вполне обоснованные соотношения для указанных корреляций, но и одновременно выявить присущие этим уравнениям ограничения. С целью разработки методики моделирования коэффициентов турбулентного обмена, входящих в линейные реологические соотношения для турбулентных потоков, мы проанализируем здесь случай локально-равновесного приближения полученных эволюционных уравнений переноса и приведем численные значения эмпирических констант, входящих в аппроксимирующие соотношения для моделируемых неизвестных корреляций. [c.187]

В главе 4 описана общая схема дискретно-вариационного метода, имеющего наглядный физический смысл и основанного на дискретных энергетических представлениях — задании вида мощности внутренних сил для дискретных элементов, объединенпе которых моделирует деформируемое тело. Обсун<даются вопросы взаимосвязи ДВМ с МКЭ и ВРМ, отличительные особенности метода, его использование в численном моделировании однородных и неоднородных тел, многокомпонентных сред и сред с заданной структурой. Рассматривается обобщение ДВМ, проводится сопоставление его с миогоскоростными моделями гетерогенных сред. Для получения дискретных уравнений движения обобщенных узловых масс или уравнений Ньютона системы материальных точек с внутренними и внешними связями используется принцип виртуальных скоростей в дискретной форме. Решение этих уравнений — интегрирование по времени — осуществляется по явной схеме типа крест. Определяющие уравнения или реологические соотношения могут быть достаточно общего вида. Для удобства алгоритмизации они представляются в форме, разрешенной относительно напряжений п их скоростей. Приведены примеры построения дискретных моделей и алгоритмов численного решения одно-, дву- и трехмерных задач динамического деформирования оболочек на основе ДВМ. [c.7]

Дискретно-вариационный метод в сочетании с многоуровневым дискретно-структурным моделированием уравнений состояния и деформационных взаимодействий в многокомпонентных средах является достаточно гибким и универсальным средством моделирования широкого класса процессов деформирования неоднородных структурных материалов и конструкций. В настоя-ш,ее время проводится модификация, совершенствование и разработка новых дискретно-структурных моделей многокомпонентных сред, пористых и полиармированных материалов. Использование данных моделей позволяет существенно ускорять поиск эффек- [c.185]

Отличительная особенность проведенных авторами исследований заключается в предложенном феноменологическом подходе к построению теории турбулентности реагирующих газов для определенного класса задач и развитых методах модельного описания турбулизованных смесей с единых позиций механики многокомпонентных сред. Основная направленность этих исследований непосредственно связана с решением ряда сложных аэрономических проблем, включающих в себя вопросы формирования и эволюции планетных атмосфер. Вместе с тем, полученные результаты не ограничиваются аэрономическими приложениями. Они имеют непосредственное отношение к моделированию механизмов, формирующих свойства астрофизических объектов на разных стадиях их эволюции, исследованию проблем звездной и планетной космогонии, включая образование протопланетных дисков и последующую аккумуляцию планетных систем, а также к привлекающим все большее внимание проблемам экологии, связанных с диффузией загрязнений и охраной окружающей среды. [c.7]

Содержание книги можно условно разделить на две части, в первой из которых (главы 1-5) подробно излагаются методы математического описания турбулентных течений многокомпонентных реагирующих газовых смесей, а во второй (главы 6-8) представлены конкретные примеры численного моделирования аэрономических задач. Первая глава, имеющая вводный характер, содержит некоторые общие положения теории турбулентности и обсуждение вопросов специфики природных сред, в которых многокомпонентная турбулентность играет важную роль. Во второй главе рассмотрена феноменологическая теория тепло- и массопереноса в ламинарной многокомпонентной среде и методами термодинамики необратимых процессов, с учетом принципа взаимности Онзагера, выведены определяющие соотношения для термодинамических потоков диффузии и тепла в многокомпонентной смеси газов. Третья глава посвящена построению модели турбулентности многокомпонентного химически активного газового континуума. С использованием средневзвешенного осреднения Фавра получены дифференциальные уравнения баланса вещества, количества движения и энергии (опорный басис модели) для описания среднего движения турбулентной многокомпонентной смеси реагирующих газов, а также дан вывод реологических соотношений для турбулентных потоков диффузии, тепла и тензора рейнольдсовых напряжений. В четвертой главе развита усложненная модель турбулентности многокомпонентного континуума с переменной плотностью, опирающаяся (в ка- [c.7]

Перейдем к выводу дифференциальных уравнений переноса, описывающих эволюцию одноточечных вторых моментов < А "В > турбулентных пульсаций термогидродинамических параметров химически активной многокомпонентной среды с переменной плотностью и переменными теплофизическими свойствами. Такие уравнения для однородной жидкости в приближении Буссинеска Буссинеск, 1877) лежат в основе метода инвариантного моделирования во многих современных теориях турбулентности различной степени сложности (см. (Турбулентность Принципы и применения, 1980)). Несмотря на полуэмпирический характер уравнений для моментов, в которых при описании корреляционных функций высокого порядка используются приближенные выражения, содержащие эмпирические коэффициенты, следует признать достаточную гибкость основанных на них моделей. Они позволяют учесть воздействие механизмов конвекции, диффузии, а также возникновения, перераспределения и диссипации энергии турбулентного поля, на пространственно-временное распределение усредненных термогидродинамических параметров среды. Поэтому, подобные уравнения нашли широкое применение при численном моделировании таких течений жидкости, для которых существенно влияние предыстории потока на характеристики турбулентности в точке (Турбулентность Принципы и применения, 1980 Иевлев, 1975, 1990). С другой стороны, ими можно воспользоваться для нахождения коэффициентов турбулентного обмена в свободных потоках с поперечным сдвигом (градиентом скорости), в том числе применительно к специфике моделирования природных сред (Маров, Колесниченко, 1987). [c.168]

Одним из важных приложений теории турбулентности многокомпонентных сред является моделирование динамических свойств средней атмосферы Земли с использованием данных измерений, получаемых методом космического мониторинга. В частности, в рамках космического проекта Gomos открывается возможность, наряду с исследованиями состояния озоносферы пр измерению спектров эталонных звезд при их погружении в атмосферу, изучать статистическую структуру турбулентного поля. [c.311]

За последние годы существенно возрос интерес к изучению многокомпонентных природных сред и происходящих в них термогидродинамических процессов. Это обусловлено непрерывно расширяющимися представлениями об окружающих областях пространства, возможностями изучения Земли и ее ближайших окрестностей в сопоставлении с другими планетами Солнечной системы и проникновения в физическую сущность явлений, характерных для многообраз-ных объектов Вселенной. Возрастающую роль приобретают методы математиче-ского моделирования природных сред, что требует разработки адекватного аппарата для их теоретического описания. В совокупности с доступными экспериментальными данными, такой подход обеспечивает возможность получения наиболее полной информации о явлениях на Земле и за ее пределами, включая ключевые физико-химические механизмы и различные пути формирования небесных тел на основе разработки разнообразных эволюционных моделей. [c.312]

Метод частиц в ячейках становится наиболее эффективным при решении задач с поверхностями раздела (свободные поверхности и многокомпонентные среды), поскольку отдельным частицам можно приписать различные массы, удельные теплоемкости и т. д. в целях моделирования двухжидкостной среды, свободной поверхности жидкости и даже границы жидкости с деформируемым телом. За годы успешных приложений этого метода постепенно разрешались вопросы, связанные с пустыми ячейками, граничными условиями, деталями процедуры осреднения параметров частиц (Эванс и Харлоу [1957, 1958, 1959], Эванс с соавторами [1962], Харлоу [1963, 1964]). Обзор этих методов был сделан Амсденом [1966]. [c.361]

Буссинеск, 1977), то обе процедуры осреднения совпадают. В то же время, использование осреднения (3.1.5) для ряда пульсирующих термогидродинамических параметров в случае сжимаемого многокомпонентного газового континуума в значительной степени упрощает запись и анализ осредненных гидродинамических уравнений Ван Мигем, 1977 Маров, Колесниченко, 1987). Кроме того, оно удобно по той причине, что экспериментальные исследования турбулентных течений, проводимые традиционными методами, приводят, по-видимому, к измерению как раз именно этих средних значений (подробнее см., например, Компаниец и др., 1979)). Отметим, что на возможность использования средневзвешенных параметров потока при моделировании турбулентного движения однородной жидкости с переменной плотностью указывалось и ранее Ван Драйст, 1952) позднее подобный подход к описанию многокомпонентных химически активных сплошных сред на основе неравновесной термодинамики был реализован в работе Колесниченко, 1980). [c.118]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...