Л. И. Курбацкая , А.Ф . Курбацкий ИВМиМГ СО РАН, ИТПМ СО...
DESCRIPTION
Международная конференция Методы создания, исследования и идентификации математических моделей 10-13 октября 2013 ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск Моделирование перемежающейся турбулентности и вихревого перемешивания в устойчивом планетарном пограничном слое. Л. И. Курбацкая , А.Ф . Курбацкий - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
•
Международная конференция
Методы создания, исследования и идентификации математических моделей 10-13 октября 2013
ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск
Моделирование перемежающейся турбулентности и вихревого перемешивания в устойчивом планетарном пограничном слое.
Л. И. Курбацкая, А.Ф. Курбацкий
ИВМиМГ СО РАН, ИТПМ СО РАН
СОДЕРЖАНИЕ
1. RANS моделирование: трехпараметрическая схема стратифицированной турбулентности2. Уравнения баланса турбулентной кинетической энергии (ТКЕ) и спектрального потока (диссипации)ТКЕ 3. Перемежаемость турбулентности вблизи поверхности4. Перемежаемость ТКЕ, генерируемая струей
RANS схема турбулентности
i iHeat fluxes, h u θ
ij ij ij i j j i ij ij
DD P h h П
Dt
h 2i ii j iij i
j j
Dh UD h g
Dt xП
x
Θ
ii
pП
x
i jReynolds stresses, u u ij
Модификация релаксационной части корреляции “давление - скаляр”
для устойчиво стратифицированной турбулентности
i 1 i pu
p E /
2 21 p / [ a N ]
Трехпараметрическая RANS схема турбулентности: вихревые коэффициенты
диффузии импульса и тепла
M
U Vuw , vw ,
z zK
2
M MKES
2
H HKES
H cKwz
Трехпараметрическая RANS схема турбулентности: замыкание
iii ij i i
j
DE 1 UD τ β h ε,
Dt 2 x
Turbulent kinetic energy
2i
ε ε1 i k i3 i ε2k
Dε ε U εD c u u βgδ u θ c ,
Dt E x E
2
2
i θθi
D θ ΘD 2h 2ε ,
Dt x
TKE dissipation,
Temperature variance, 2
Перемежаемость вертикального турбулентного потока тепла в устойчивом АПС по данным измерений CASES-99
Тест чувствительности RANS схемы турбулентности к воспроизведению перемежаемости
Уравнение баланса ТКЕ
‘Стандартно’ (Duynkerke, 1988), ускоряетвертикальную турбулентную диффузию, сглаживая турбулентный бёрстинг (bursts). необходимо для воспроизведения перемежающейся турбулентности.
m
E
DEP G ε
DtK E
z σ z
1 2 i iE / u u
1Eσ
2 5Eσ ,
Тест чувствительности RANS схемы турбулентности к воспроизведению перемежаемости
- уравнение
В приземном слое транспортный член является источником, вследствие конвергенции потока в слой. И уменьшение вертикальной турбулентной диффузии ТКЕ ( ) влечет за собой увеличение конвергенции потока ( ).
ε 2
1 2m
ε εε
ε P Bε εK εc c
t z z E Eσ
1Eσ
ε
ε εσ , 0 4 1
Перемежающаяся турбулентность вблизи поверхности в квазиустановившемся устойчивом АПС
Временные ряды ТКЕ: RANS моделирование
Временной ряд турбулентной скорости трения
5 5.25 5.5 5.75 60
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5z=10.9375 m
4 6 8 100
0.2
0.4z=10.9375 m
4 6 8 100
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5z=7.8125 m
4 6 8 100
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5z=4.6825 m
*U
u*
(ms-1
)
4 5 6 7 8 9 10
0.2
0.4
Перемежающийся турбулентный поток тепла вблизи подстилающей поверхности
Измерения: BLM.2010.136. 165-174 RANS моделирование
(К м с-1)
Local time Локальное время (hr)
w
4 4.5 5
-150
-100
-50
0
(К м с-1) wθ
Низкоуровневое струйное течение в устойчивом АПС и генерация
турбулентности
Струйный профиль скорости (а) и профиль потенциальной температуры (b) в
квазиустановившемся устойчивом АПС
U (ms-1)2 4 6 8 10 12 14
100
200
300
400
500
z (m)
( a )
275 280 285 290 295 300
100
200
300
400
500
(K)
z (m)
I
II
III
( b )
Перемежающаяся турбулентность на границах струйного течения в квазиустановившемся
устойчивом АПСRANS моделирование
Временные ряды ТКЕ around low level jetLES : JAS 2011. V. 68. 2142-2155.
Временные ряды ТКЕ around low level jet
4 6 8 100
0.05
0.1
0.15
0.2
z=220m ( 1 )
4 6 8 100
0.05
0.1
0.15
0.2
z=125m ( 3 )
4 6 8 100
0.05
0.1
0.15
0.2
z=150m ( 2 )
4 6 8 100
0.05
0.1
0.15
0.2z=100m ( 4 )
