Численное моделирование затопленной струи переменной плотности

Исследуются струйные течения переменной плотности методом численного моделирования. Для высокой точности пространственной дискретизации уравнений Навье – Стокса был выбран метод спектральных элементов. Методом моделирования крупных вихрей (LES) была проведена валидация алгоритма решения на примере турбулентного течения в периодической трубе при числе Рейнольдса Re = 5 300, построенного по среднерасходной скорости и диаметру трубы. Сравнение статистических характеристик показало хорошее согласие с литературными данными. Дальнейшее исследование было сконцентрировано на круглой турбулентной струе воздуха, вытекающей в пространство, заполненное воздухом, гелием или углекислым газом. Для пары «воздух – воздух» продемонстрировано хорошее совпадение полученных результатов с литературными данными и другим LES расчетом. В ходе анализа пар «гелий – воздух» и «углекислый газ – воздух» были выявлены их основные сходства и различия как между собой, так и с парой «воздух – воздух», выдвинуто предположение о преобладании эффектов, связанных с переменной плотностью, в процессах перемешивания смеси двух нереагирующих газов.