Численное моделирование формирования дорожки Кармана в неустойчиво стратифицированном потоке

Аннотация

Проведено численное моделирование формирования дорожки Кармана за круговым цилиндром в неустойчиво стратифицированной жидкости. Исследуется влияние термической стратификации на характеристики вихревого следа при различных числах Рейнольдса и Ричардсона. Рассматривается система уравнений Навье−Стокса в приближении Буссинеска, учитывающая эффекты плавучести в неустойчиво стратифицированной среде. Численное решение получено методом конечных разностей с использованием схемы расщепления по физическим процессам. Показано, что при наличии неустойчивой стратификации происходит интенсификация вихреобразования и изменение геометрических характеристик дорожки Кармана по сравнению с однородной жидкостью. Выявлено, что конвективная неустойчивость, обусловленная распределением плотности, приводит к возникновению вторичных структур в вихревом следе. Показано, что с увеличением числа Ричардсона происходит качественная перестройка течения от регулярной дорожки Кармана к сложному хаотическому режиму с многомасштабными вихревыми структурами.