Аннотация:
Работа посвящена описанию и обоснованию технологии решения задач пространственной устойчивости сдвиговых течений вязкой несжимаемой жидкости в каналах постоянного сечения, то есть технологии численного анализа устойчивости рассматриваемого течения к малым возмущениям, гармоническим по времени и распространяющимся вниз по потоку. В рамках предлагаемой технологии линеаризованные уравнения амплитуд возмущений, аппроксимированные по пространственным переменным в плоскости сечения канала, способом, не зависящим от использованного метода аппроксимации, сводятся к системе обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка по продольной пространственной переменной. Эта система редуцируется далее к системе меньшего размера, имеющей решениями только физически значимые решения исходной системы. Технологию отличает использование стандартных матричных алгоритмов, на которые приходится основной объем вычислений. Она позволяет эффективно вычислять различные характеристики пространственной устойчивости, в том числе, находить оптимальные возмущения, играющие определяющую роль в докритическом сценарии ламинарно-турбулентного перехода. Работа технологии иллюстрируется на примере течения Пуазейля в канале квадратного сечения. Библ. 27. Фиг. 7. Табл. 1.
Ключевые слова:
течения в каналах, пространственная устойчивость, спектральная редукция, оптимальные возмущения.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (коды проектов 16-08-00354, 16-31-60092), а так же при финансовой поддержке программы РАН "Современные проблемы теоретической математики" (проект "Оптимизация вычислительных алгоритмов решения задач математической физики").
Образец цитирования:
А. В. Бойко, К. В. Демьянко, Ю. М. Нечепуренко, “Численный анализ пространственной гидродинамической устойчивости сдвиговых течений в каналах постоянного сечения”, Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 58:5 (2018), 726–740; Comput. Math. Math. Phys., 58:5 (2018), 700–713
Grigory V. Zasko, Andrey V. Boiko, Kirill V. Demyanko, Yuri M. Nechepurenko, “Simulating the propagation of boundary-layer disturbances by solving boundary-value and initial-value problems”, Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling, 39:1 (2024), 47
A. V. Boiko, K. V. Demyanko, G. V. Zasko, Yu. M. Nechepurenko, “On the parabolization of equations for the propagation of small disturbances in two-dimensional boundary layers”, Thermophys. Aeromech., 31:3 (2024), 393
Н. В. Клюшнев, “Об использовании конечно-элементной аппроксимации на неструктурированной сетке для анализа устойчивости течений жидкости в каналах постоянного сечения”, Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша, 2020, 30–20 [N. V. Klyushnev, “On utilizing the finite element method on unstructured meshes for stability analysis of flows in channels of constant cross-section”, Keldysh Institute preprints, 2020, 30–20]
К. В. Демьянко, “О временной устойчивости течения Пуазейля в канале эллиптического сечения”, Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша, 2018, 278, 25 с.