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 турбулентности 2. Уравнения баланса турбулентной кинетической энергии (ТКЕ) и спектрального потока (диссипации)ТКЕ 3. Перемежаемость турбулентности вблизи поверхности 4. Перемежаемость ТКЕ, генерируемая струей RANS схема турбулентности Reynolds stresses, ij u i u j D ij Dij Pij i h j jh i П ij ij Dt Heat fluxes, h i u i θ Dhi Ui Θ h Di h j ij gi 2 П i Dt x j x j Пi p xi Модификация релаксационной части корреляции “давление - скаляр” для устойчиво стратифицированной турбулентности i ui p1 p E / p / [1 a N ] 2 2 Трехпараметрическая RANS схема турбулентности: вихревые коэффициенты диффузии импульса и тепла U V uw , vw K M , z z w K H c z KM E 2 SM KH E 2 SH Трехпараметрическая RANS схема турбулентности: замыкание Turbulent kinetic energy DE 1 U i Dii τ ij βi h i ε, Dt 2 x j TKE dissipation, Dε ε Ui ε2 Dε cε1 u i u k βgδi3 u iθ cε2 , Dt E x k E Temperature variance, 2 Dθ2 Θ Dθ2 2h i 2εθ , Dt x i Перемежаемость вертикального турбулентного потока тепла в устойчивом АПС по данным измерений CASES-99 Тест чувствительности RANS схемы турбулентности к воспроизведению перемежаемости Уравнение баланса ТКЕ E 1 / 2 ui ui DE Km E P G ε Dt z σE z 1 ускоряет ‘Стандартно’ (Duynkerke, 1988), σE вертикальную турбулентную диффузию, сглаживая турбулентный бёрстинг (bursts). необходимо для воспроизведения E перемежающейся турбулентности. σ 2 ,5 Тест чувствительности RANS схемы турбулентности к воспроизведению перемежаемости ε - уравнение 2 ε P B ε K m ε ε cε 2 cε1 t z σ ε z E E В приземном слое транспортный член является источником, вследствие конвергенции потока в слой. И уменьшение вертикальной турбулентной диффузии ТКЕ ( σE 1 ) влечет за собой увеличение конвергенции потока ( σε 0 ,4 1 ). ε ε Перемежающаяся турбулентность вблизи поверхности в квазиустановившемся устойчивом АПС Временные ряды ТКЕ: RANS моделирование 0.5 z=10.9375 m 0.4 0.3 0.2 0.1 0 5 5.25 5.5 5.75 6 z=10.9375 m 0.4 0.2 04 0.5 6 8 10 6 8 10 6 8 10 z=7.8125 m 0.4 0.3 0.2 0.1 0 4 0.5 z=4.6825 m 0.4 0.3 0.2 0.1 0 4 u* (m s-1) Временной ряд турбулентной скорости трения 0.4 0.2 4 5 6 7 8 9 10 U* Перемежающийся турбулентный поток тепла вблизи подстилающей поверхности Измерения: BLM.2010.136. 165-174 w (К м с-1) RANS моделирование wθ (К м с-1) 0 -50 -100 -150 4 Local time 4.5 Локальное время (hr) 5 Низкоуровневое струйное течение в устойчивом АПС и генерация турбулентности z (m) z (m) (a) 500 (b) 500 400 400 300 300 200 200 100 100 III II I 2 4 6 8 10 -1 U (ms ) 12 14 275 280 285 290 (K) 295 300 Струйный профиль скорости (а) и профиль потенциальной температуры (b) в квазиустановившемся устойчивом АПС Перемежающаяся турбулентность на границах струйного течения в квазиустановившемся устойчивом АПС RANS моделирование LES : JAS 2011. V. 68. 2142-2155. Временные ряды ТКЕ around low level jet Временные ряды ТКЕ around low level jet 0.2 0.15 (1) z=220m 0.1 0.05 04 0.2 0.15 6 8 10 8 10 8 10 8 10 (2) z=150m 0.1 0.05 04 6 0.2 0.15 (3) z=125m 0.1 0.05 04 0.2 6 z=100m (4) 0.15 0.1 0.05 04 6 Спасибо за внимание! Вопросы к авторам: L. [email protected] [email protected]