Все
 
 
 


Спектры и потоки энергии в диссипативном интервале турбулентных и ламинарных течений
 
Код статьиS056852810001803-4-1
DOI10.31857/S056852810002311-3
Тип публикации Статья
Статус публикации Опубликовано
Авторы
Верма М. К. 
Аффилиация: Индийский технологический институт
Адрес: Канпур, Индия
Кумар П.
Аффилиация: Индийский технологический институт
Адрес: Канпур, Индия
Кумар А.
Аффилиация: Индийский технологический институт
Адрес: Канпур, Индия
Барман С.
Аффилиация: Индийский технологический институт
Адрес: Канпур, Индия
Чаттержи А. Г.
Аффилиация: Индийский технологический институт
Адрес: Канпур, Индия
Самтаней Р.
Аффилиация: Университет науки и технологии
Адрес: Тувал, Саудовская Аравия
Степанов Р. А.
Аффилиация: Институт механики сплошных сред УрО РАН
Адрес: Российская Федерация,
Название журналаИзвестия Российской академии наук. Механика жидкости и газа
ВыпускНомер 6
Страницы142-155
Аннотация

Две известные модели турбулентности, позволяющие описать энергетические спектры в инерциальном и диссипативном интервалах одновременно, принадлежат Пао (1965 г.) и Поупу (2000 г.). В настоящем исследовании энергетический спектр E(k) и поток энергии P(k) вычисляются с помощью прямого численного моделирования на сетках с размерами до 40963. Продемонстрирована согласованность численных результатов и предсказаний, следующих из вышеупомянутых моделей для турбулентных течений. Рассмотрено также ламинарное течение, в котором вязкость доминирует над нелинейностью. Для этой ситуации предложена модифицированная модель, предсказывающая зависимости для спектров E(k) ~ k-1 exp(-k) и потоков P(k) ~ k exp(-k) в диссипативном интервале масштабов. Модель верифицирована с помощью численного моделирования. Отмечается обнаруженная разница между локальным переносом энергии в турбулентных течениях и нелокальным переносом энергии в ламинарных течениях при малых числах Рейнольдса.

Ключевые словагидродинамическая турбулентность, моделирование турбулентности, прямое численное моделирование
Получено17.10.2018
Дата публикации15.12.2018
Цитировать   Скачать pdf Для скачивания PDF необходимо авторизоваться
Размещенный ниже текст является ознакомительной версией и может не соответствовать печатной.

всего просмотров: 880

Оценка читателей: голосов 0 

1. Колмогоров А. Н. Локальная структура турбулентности в несжимаемой вязкой жидкости при очень больших числах Рейнольдса // Докл. АН СССР. 1941. Т. 30. № 4. С. 299–303.
2. Frisch U. Turbulence: The Legacy of A. N. Kolmogorov. Cambridge: Cambridge University Press, 1995.
3. McComb W. D. The Physics of Fluid Turbulence. Oxford Engineering Science Series. Oxford: Clarendon Press, 1990.
4. Davidson P. A. Turbulence: An Introduction for Scientists and Engineers. Oxford: Oxford University Press, 2004.
5. Ishihara T., Gotoh T., Kaneda Y. Study of high-Reynolds number isotropic turbulence by direct numerical simulation // Annu. Rev. Fluid Mech. 2009. V. 41(1). P. 165–180.
6. Leslie D. C. Developments in the Theory of Turbulence. Oxford: Clarendon Press, 1973.
7. Lesieur M. Turbulence in Fluids. Dordrecht: Springer-Verlag, 2008.
8. Pope S. B. Turbulent Flows. Cambridge: Cambridge University Press, 2000.
9. Pao Y. H. Structure of Turbulent Velocity and Scalar Fields at Large Wavenumbers // Phys. Fluids. 1965. V. 8(6). P. 1063.
10. Martnez D. O., Chen S., Doolen G. D., Kraichnan R. H., Wang L. P., Zhou Y., Energy spectrum in the dissipation range of fluid turbulence // J. Plasma Phys. 1997. V. 57(1). P. 195–201.
11. Saddoughi S. G., Veeravalli S. V. Local isotropy in turbulent boundary layers at high Reynolds number // J. Fluid Mech. 1994. V. 268. P. 333–372.
12. Grant H. L., Stewart R. W., Moilliet A. Turbulence spectra from a tidal channel // J. Fluid Mech. 1962. V. 12(02). P. 241–268.
13. Ishihara T., Kaneda Y., Yokokawa M., Itakura K., Uno A. Energy Spectrum in the Near Dissipation Range of High Resolution Direct Numerical Simulation of Turbulence // J. Phys. Soc. Jpn. 2005. V. 74(5). P. 1464–1471.
14. Lautrup B. Physics of Continuous Matter, Second Edition: Exotic and Everyday Phenomena in the Macroscopic World. Boca Raton, FL: CRC Press, 2011, 2nd ed.
15. Verma M. K., Kumar A., Pandey A. Phenomenology of buoyancy-driven turbulence: recent results // New J. Phys. 2017. V. 19. P. 025012.
16. Gotoh T., Yeung P. K. Passive scalar transport turbulence: a computational perspective // in: Davidson P. A., Kaneda Y., Sreenivasan K. R. (Eds.) Ten Chapters in Turbulence. P. 87–131, Cambridge: Cambridge University Press, 2013.
17. Batchelor G. K., Howells I. D., Townsend A. A. Small-scale variation of convected quantities like temperature in turbulent fluid. Part 2. The case of large conductivity // J. Fluid Mech. 1959. V. 5. P. 134–139.
18. Kraichnan R. H., Small-scale structure of a scalar field convected by turbulence // Phys. Fluids. 1968. V. 11. P. 945–953.
19. Linkmann M. F., Morozov A. N. Sudden relaminarization and lifetimes in forced isotropic turbulence // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 115(13). P. 134502.
20. Verma M. K. Anisotropy in quasi-static magnetohydrodynamic turbulence // Rep. Prog. Phys. 2017. V. 80(8). P. 087001.
21. Domaradzki J. A., Rogallo R. S. Local energy transfer and nonlocal interactions in homogeneous, isotropic turbulence // Phys. Fluids. A. 1990. V. 2(3). P. 414.
22. Zhou Y. Degrees of locality of energy transfer in the inertial range // Phys. Fluids. 1993. V. 5. P. 1092–1094.
23. Verma M. K., Ayyer A., Debliquy O., Kumar S., Chandra A. V. Local shell-to-shell energy transfer via nonlocal interactions in fluid turbulence // Pramana-J. Phys. 2005. V. 65(2). P. 297–310.
24. Orszag S. A. Analytical theories of turbulence // J. Fluid Mech. 1970. V. 41. P. 363–386.
25. Kraichnan R. H. The structure of isotropic turbulence at very high Reynolds numbers // J. Fluid Mech. 1959. V. 5. P. 497–543.
26. Verma M. K., Chatterjee A. G., Yadav R. K., Paul S., Chandra M., Samtaney R. Benchmarking and scaling studies of pseudospectral code Tarang for turbulence simulations // Pramana-J. Phys. 2013. V. 81(4). P. 617–629.
27. Canuto C., Hussaini M. Y., Quarteroni A., Zang T. A. Spectral Methods in Fluid Dynamics. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 1988.
28. Stepanov R., Plunian F., Kessar M., Balarac G. Systematic bias in the calculation of spectral density from a three-dimensional spatial grid // Phys. Rev. E. 2014. V. 90(5). P. 053309.
29. Dar G., Verma M. K., Eswaran V. Energy transfer in two-dimensional magnetohydrodynamic turbulence: formalism and numerical results // Physica D. 2001. V. 157(3). P. 207–225.
30. Verma M. K. Statistical theory of magnetohydrodynamic turbulence: recent results // Phys. Rep. 2004. V. 401(5). P. 229–380.
31. Reddy K. S., Verma M. K. Strong anisotropy in quasi-static magnetohydrodynamic turbulence for high interaction parameters // Phys. Fluids. 2014. V. 26. P. 025109.
32. Sreenivasan K. R. On the universality of the Kolmogorov constant // Phys. Fluids. 1995. V. 7(11). P. 2778.
33. Yeung P. K., Zhou Y. Universality of the Kolmogorov constant in numerical simulations of turbulence // Phys. Rev. E. 1997. V. 56(2). P. 1746–1752.
34. Gotoh T., Fukayama D., Nakano T. Velocity field statistics in homogeneous steady turbulence obtained using a high-resolution direct numerical simulation // Phys. Fluids. 2002. V. 14(3). P. 1065–1081.
35. Yokokawa M., Itakura K., Uno A., Ishihara T., Kaneda Y. 16.4-Tflops direct numerical simulation of turbulence by a Fourier spectral method on the Earth Simulator // in: Proceeding Supercomputing 2002, 2002.
36. Mininni P. D., Alexakis A., Pouquet A. Nonlocal interactions in hydrodynamic turbulence at high Reynolds numbers: The slow emergence of scaling laws // Phys. Rev. E. 2008. V. 77(3). P. 036306.
37. Donzis D. A., Sreenivasan K. R. The bottleneck effect and the Kolmogorov constant in isotropic turbulence // J. Fluid Mech. 2010. V. 657. P. 171–188.
38. Kraichnan R. H. Inertial-range transfer in two-and-three-dimensional turbulence // J. Fluid Mech. 1971. V. 47. P. 525–535.
39. Yakhot V., Orszag S. A. Renormalization group analysis of turbulence. I. Basic theory // J. Sci. Comput. 1986. V. 1(1). P. 3–51.
40. Falkovich G. Bottleneck phenomenon in developed turbulence // Phys. Fluids. 1994. V. 6(4). P. 1411–1414.
41. Lohse D., Müller-Groeling A. Bottleneck effects in turbulence: Scaling phenomena in r versus p space // Phys. Rev. Lett. 1995. V. 74(10). P. 1747–1750.
42. Dobler W., Haugen N. E.L., Yousef T. A., Brandenburg A. Bottleneck effect in three-dimensional turbulence simulations // Phys. Rev. E. 2003. V. 68(2). P. 026304.
43. Verma M. K., Donzis D. A. Energy transfer and bottleneck effect in turbulence // J. Phys. A: Math. Theor. 2007. V. 40(16). P. 4401–4412.
44. Debliquy O., Verma M. K., Carati D. Energy fluxes and shell-to-shell transfers in three-dimensional decaying magnetohydrodynamic turbulence // Phys. Plasmas 2005. V. 12(4). P. 042309.
45. Falkovich G., Fouxon A. Anomalous scaling of a passive scalar in turbulence and in equilibrium // Phys. Rev. Lett. 2005. V. 94(21). P. 214502.

Система Orphus

Загрузка...
Вверх