ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ И ДВИЖЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ ВИХРЕВЫХ ОБЛАКОВ
- Авторы: Засимова М.А.1, Рис В.В.1, Иванов Н.Г.1
-
Учреждения:
- Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
- Выпуск: № 5 (2023)
- Страницы: 57-69
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/1024-7084/article/view/135093
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1024708423600100
- EDN: https://elibrary.ru/YUIZZD
- ID: 135093
Цитировать
Аннотация
Представлены результаты численного моделирования формирования и движения турбулентных вихревых облаков, возникающих в результате выдува импульсных струй с различными начальными скоростями и длительностью. Принята модель осесимметричного турбулентного течения, описываемого нестационарными уравнениями Рейнольдса. Показано, что независимо от начальных условий через один и тот же промежуток безразмерного времени от момента начала истечения струи возникает вихревое облако, которое имеет форму, близкую к сферической. Наведенное вихрем течение в остальном пространстве близко к потенциальному. Установлено, что профили скорости в вихрях в осевом и поперечном направлениях близки к автомодельным и схожи для различных условий истечения импульсных струй. Приведены и проанализированы зависимости от времени геометрических и кинематических характеристик вихревых облаков: положения центра облака (точки с максимальной скоростью) и радиуса сферы, эквивалентной по объему вихревому облаку, а также максимальной и средней скоростей. Для исследованных условий истечения струй характеристики вихревых облаков оказываются сходными.
Ключевые слова
Об авторах
М. А. Засимова
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Email: zasimova_ma@spbstu.ru
Россия, Санкт-Петербург
В. В. Рис
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Email: zasimova_ma@spbstu.ru
Россия, Санкт-Петербург
Н. Г. Иванов
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Автор, ответственный за переписку.
Email: zasimova_ma@spbstu.ru
Россия, Санкт-Петербург
Список литературы
- Nazaroff W.W. Indoor aerosol science aspects of SARS-CoV-2 transmission // Indoor Air. 2022. V. 32. № 1. P. 1–13. https://doi.org/10.1111/ina.12970
- Bu Y., Ooka R., Kikumoto H., Oh W. Recent research on expiratory particles in respiratory viral infection and control strategies: A review // Sustainable Cities and Society, 2021. V. 73. P. 1–16. https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103106
- Gupta J.K., Lin C.-H., Chen Q. Flow dynamics and characterization of a cough // Indoor Air. 2009. V. 19. № 6. P. 517–525. https://doi.org/10.1111/j.1600-0668.2009.00619.x
- Bourouiba L. The fluid dynamics of disease transmission // Annual Review of Fluid Mechanics. 2021. V. 53. P. 473–508. https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-060220-113712
- Mazzino A., Rosti M.E. Unraveling the secrets of turbulence in a fluid puff // Phys. Rev. Lett. 2021. V. 127. № 9. P. 1–6. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.094501
- Fabregat A., Gisbert F., Vernet A., Dutta S., Mittal K., Pallarès J. Direct numerical simulation of the turbulent flow generated during a violent expiratory event // Physics of Fluids. 2021. V. 33. P. 1–12. https://doi.org/10.1063/5.0042086
- Fabregat A., Gisbert F., Vernet A., Ferré J.A., Mittal K., Dutta S., Pallarès J. Direct numerical simulation of turbulent dispersion of evaporative aerosol clouds produced by an intense expiratory event // Physics of Fluids. 2021. V. 33. P. 1–13. https://doi.org/10.1063/5.0045416
- Ghaem-Maghami E., Johari H. Concentration field measurements within isolated turbulent puffs // ASME. J. Fluids Eng. 2007. V. 129. P. 194–199. https://doi.org/10.1115/1.2409348
- Ахметов Д.Г. Вихревые кольца. Ин-т гидродинамики СО РАН. Новосибирск. Академ. изд-во “Гео”. 2007. 151 с.
- Никулин В.В. Массообмен между атмосферой турбулентного вихревого кольца и окружающей средой // Изв. РАН. МЖГ. 2021. № 4. С. 33–40. https://doi.org/10.31857/S0568528121040101
- Andriani R., Coghe A., Cossali G.E. Near-field entrainment in unsteady gas jets and diesel sprays: A comparative study // Symposium (International) on Combustion. 1996. V. 26. № 2. P. 2549–2556. https://doi.org/10.1016/s0082-0784(96)80087-7
- Kovasznay L.S.G., Fujita H., Lee R.L. Unsteady Turbulent Puffs // Adv. Geophys. 1975. V. 18. Part B. P. 253–263. https://doi.org/10.1016/S0065-2687(08)60584-1
- Richards J.M. Puff motions in unstratified surroundings // J. Fluid Mech. 1965. V. 21. № 1. P. 97–106. https://doi.org/10.1017/S002211206500006X
- Sangras R., Kwon O.C., Faeth G.M. Self-preserving properties of unsteady round nonbuoyant turbulent starting jets and puffs in still fluids // ASME. J. Heat Transfer. 2002. V. 124. № 3. P. 460–469. https://doi.org/10.1115/1.1421047
- Ghaem-Maghami E., Johari H. Velocity field of isolated turbulent puffs // Physics of Fluids. 2010. V. 22. P. 1–13. https://doi.org/10.1063/1.3504378
- Засимова М.А., Иванов Н.Г., Рис В.В. Нестационарная диффузия вирусных частиц в импульсной струе, формируемой в процессе кашля // XVI Минский международный форум по тепло- и массообмену. Тез. докл. и сообщений. Минск: ИТМО им. А.В. Лыкова. 2022. С. 251–255.
- Zasimova M., Ris V., Ivanov N. CFD modelling of a pulsed jet formed during an idealized isolated cough // E3S Web of Conferences 2022. V. 356. P. 1–4. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202235605024
- Засимова М.А., Иванов Н.Г., Рис В.В. URANS и LES моделирование начальной стадии распространения каплесодержащей воздушной струи, характерной для острых респираторных явлений // М.: Изд. МЭИ. Материалы 8-ой РНКТ. 2022. Т. 1. С. 435–438.
- Pallarès J., Fabregat A., Lavrinenko A., et al. Numerical simulations of the flow and aerosol dispersion in a violent expiratory event: Outcomes of the “2022 International Computational Fluid Dynamics Challenge on violent expiratory events” // Physics of Fluids. 2023. V. 35. P. 1–22. https://doi.org/10.1063/5.0143795
- Yakhot V., Orszag S.A. Renormalization group analysis of turbulence. I. Basic theory // Journal of Scientific Computing. 1986. V. 1. P. 3–51. https://doi.org/10.1007/BF01061452
- Yakhot V., Orszag S.A., Thangam S., Gatski T.B., Speziale C.G. Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique // Physics of Fluids. 1992. V. 4. P. 1510–1520. https://doi.org/10.1063/1.858424
- Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. Пер. с англ. М.: изд-во “Мир”. 1973. 760 с.
- Glezer A., Coles D. An experimental study of a turbulent vortex ring // J. Fluid Mech. 1990. V. 211. P. 243–283. https://doi.org/10.1017/S0022112090001562