ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ КОЛМОГОРОВА В КВАДРАТНОЙ ЯЧЕЙКЕ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассматривается задача двумерного течения вязкой слабосжимаемой жидкости в квадратной ячейке при возбуждении периодической в пространстве статической внешней силой (течение Колмогорова). Представлен новый метод определения структуры течения, основанный на анализе поля завихренности в различные моменты времени. Данный метод использован для классификации типов течений, характеристики которых получены при численном моделировании. Выделены основные режимы течения в зависимости от величин коэффициента трения одно и силы накачки: ламинарный, хаотический и вихревой режимы. Отдельно исследуются переходные типы течения: квазипериодический режим, который возникает через последовательность бифуркаций при смене ламинарного и хаотического режимов течения, и режим сменяемости, возникающий при переходе от хаотического к вихревому течению. Построены фазовые диаграммы в пространстве амплитуда внешней силы коэффициент трения о дно, позволяющие по значениям величин коэффициента трения о дно и силы накачки классифицировать тип течения. Библ. 31. Фиг. 8.

Об авторах

А. О Посудневская

Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН; Институт автоматизации проектирования РАН

Email: posudnevskaia.ao@phystech.edu
Черноголовка, Россия; Москва, Россия

С. В Фортова

Институт автоматизации проектирования РАН

Москва, Россия

А. Н Долуденко

Объединенный институт высоких температур РАН

Москва, Россия

И. В Колоколов

Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН

Черноголовка, Россия

В. В Лебедев

Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН

Черноголовка, Россия

Список литературы

  1. Monin A.S., Yaglom A.M. Statistical Fluid Mechanics. V. I, MIT Press, 1971. V. II, Diver, 2007.
  2. Белоцерковский О.М., Опарин А.М. Численный эксперимент: от порядка к хаосу. Изд. 2-е доп. М.: Наука, 2000.
  3. Бетчелор Дж. К. Теория однородной турбулентности. М.: Изд-во иностр. лит., 1955.
  4. Kraichnan R.H. Inertial Ranges in Two-Dimensional Turbulence // Phys. Fluids. 1967. V 10. P 1417—1423.
  5. Leith C. E. Diffusion Approximation for Two-Dimensional Turbulence // Phys. Fluids. 1968. V 11. P. 671—672.
  6. Batchelor G. K. Computation of the Energy Spectrum in Homogeneous Two-Dimensional Turbulence // Phys. Fluids.
  7. V 12 P 233-239.
  8. Kolmogorov A. N. Proceedings of the USSR Academy of Sciences // Doklady Akademii Nauk SSSR 1941 30 299303.
  9. Kolokolov I. V., Lebedev V. V. Large-scale flow in two-dimensional turbulence at static pumping // JETP Lett. 2017. V 106, № 10. P 659-661.
  10. Sommeria J. Experimental study of the two-dimensional inverse energy cascade in a square box // Fluid Mech. 1986 V. 170, P. 139-168.
  11. Smith L. M., Yakhot V. Bose condensation and small-scale structure generation in a random force driven 2D turbulence // Phys. Rev. Lett. 1993 V. 71, P. 352.
  12. Smith L. M., Yakhot V. Finite-size effects in forced two-dimensional turbulence // Fluid Mech. 1994 V. 274, P. 115-138.
  13. Borue V. Inverse energy cascade in stationary two-dimensional homogeneous turbulence // Phys. Rev. Lett. 1994 V. 72, 1475.
  14. Clercx H.J.H. A spectral solver for the Navier-Stokes equations in velocity-vorticity formulation for flows with two nonperiodic directions // Comp. Phys. 1997 V. 137, P. 186.
  15. Clercx H.J.H., Maassen S.R., van Heijst G.J.F. Spontaneous spin-up during the decay of 2D turbulence in a square container with rigid boundaries // Phys. Rev. Lett. 1998 V. 80, 5129.
  16. Clercx H.J.H., Nielsen A.H., Torres D.J., Coutsias E.A. Two-dimensional turbulence in square and circular domains with no-slip walls // Eur. J. Mech. B-Fluids 2001 V. 20 P. 557-576.
  17. Molenaar D., Clercx H.J.H., van Heijst G.J.F. Angular momentum of forced 2D turbulence in a square no-slip domain // Physica D 2004 V.196, P. 329-340.
  18. Xia H., Punzmann H., Falkovich G., Shats M. G. Turbulence-Condensate Interaction in Two Dimensions // Phys. Rev. 2008 Lett. 101 194504.
  19. Xia H., Shats M., Falkovich G. Spectrally condensed turbulence in thin layers // Phys. Fluids 2009 V. 21 125101.
  20. Francois N., Xia Y., Punzmann H., Ramsden S., Shats M. Three-Dimensional Fluid Motion in Faraday Waves: Creation of Vorticity and Generation of Two-Dimensional Turbulence // Phys. Rev. 2014 X4 021021.
  21. Yue-Kin Tsang, Young W.R. Forced-dissipative two-dimensional turbulence: a scaling regime controlled by drag // Phys. Rev. 2009 E 79, 045308.
  22. Yue-Kin Tsang. Nonuniversal velocity probability densities in two-dimensional turbulence: The effect of large-scale dissipation // Phys. Fluids 2010 22, 115102.
  23. Chertkov M., Connaughton C., Kolokolov I., Lebedev V. Dynamics of Energy Condensation in Two-Dimensional Turbulence // Phys. Rev. 2007 Lett 99 084501.
  24. Laurie J., Boffetta G., Falkovich G., Kolokolov I., Lebedev V. название // Phys. Rev. 2014 Lett. 113 254593.
  25. Kolokolov I.V., Lebedev V.V. Structure of coherent vortices generated by the inverse cascade of two-dimensional turbulence in a finite box Phys. Rev. 2016 E 93 033104.
  26. Kolokolov I.V., Lebedev V.V. Coherent vortex in two-dimensional turbulence: Interplay of viscosity and bottom friction // Phys. Rev. E 102 023108 (2020).
  27. Mishra P. K., Herault J., Fauve S., Verma M. K. Dynamics of reversals and condensates in two-dimensional Kolmogorov flows // Phys. Rev. 2015 E 91 053005.
  28. Denisenko V.V., Doludenko A.N., Fortova S.V., Kolokolov I.V., Lebedev V.V. Numerical modeling of the Kolmogorov flow in a viscous media, forsed by the periodic on space static force // Computer Research and Modeling. 2022. V. 14. T. Iccue 4. P. 741-753.
  29. Doludenko A.N., Fortova S.V., Kolokolov I.V., Lebedev V.V. Coherent vortex in a spatially restricted two-dimensional turbulent flow in absence of bottom friction // Physics of Fluids 2021 V. 33 011704.
  30. Doludenko A.N., Fortova S.V., Kolokolov I.V., Lebedev V.V. Coherent vortex versus chaotic state in two-dimension turbulence // Annals of Physics 2022 V. 447. part 2 169072.
  31. Anderson D., Tannehill J.C., Pletcher R.H. Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer, third ed., Taylor and Francis, 2016.
  32. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. Т. 1—2. М.: Мир, 1991.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024