Численное моделирование турбулентных течений на податливых поверхностях

Abstract

Получена замкнутая система уравнений, описывающих гидродинамическое взаимодействие турбулентного пограничного слоя с деформирующейся вязкоупругой поверхностью, моделирующей кожные покровы китообразных. Разработаны обобщения гипотез замыкания для механизмов перераспределения и турбулентной диффузии (третьи моменты) в уравнениях переноса для вторых моментов. Предложенные аппроксимации граничных условий отражают энергетический обмен через деформированную поверхность между турбулентным пограничным слоем и вязкоупругим слоем. Определен диапазон изменения механических и геометрических параметров вязкоупругих покрытий как функции скорости потока, в котором возможно снижение сопротивления трения. Получены численные результаты, позволяющие объяснить эффект снижения сопротивления трения у гидробионтов.

Одержано замкнуту систему рiвнянь, якi описують гiдродинамiчну взаємодiю турбулентного пограничного шару з в'язкопружною поверхнею, що деформується, яка моделює шкiру китоподiбних. Розроблено узагальнення гiпотез замикання для механiзмiв перерозподiлу турбулентної дифузiї (третi моменти) в рiвняннях переносу для других моментiв. Запропонованi апроксимацiї граничних умов вiдображають енергетичний обмiн через деформовану поверхню мiж турбулентним пограничним шаром та в'язкопружним шаром. Визначено дiапазон змiни механiчних та геометричних параметрiв в'язкопружних покриттiв як функцiю швидкостi потоку, в якому можливо знижувати опiр тертя. Одержано чисельнi результати, якi дозволяють пояснити ефект зниження опору тертя у гiдробiонтiв.

The system of equations has been obtained that governs hydrodynamical interaction of TBL and a deformable viscoelastic surface simulating cetacean skin. The closure hypothisis have been generalized for the redistribution and turbulent diffusion in the transport equations for the second correlation moments. The boundary condition approximations reflect energy transfer between TBL and viscoelastic layer through the deformed surface. The range of mechanical and geometrical parameters of viscoelastic coatings has been determined as a function of flow speed where friction drag could be reduced. The numerical results obtained allow to explain friction drag reduction that aquatic life can attain.