Abstract
The paper presents the authors' experience in usage of the technological platform UniHUB for numerical simulation and computations of continuously stratified fluid flows based on the open source computational packages OpenFOAM, Salome and ParaView. Special attention is paid to the problems of high-resolution computational grids construction, complex boundary conditions setting using the standard and extended OpenFOAM utilities, own solvers development, numerical data processing and visualization and running program codes in parallel on the JSCC RAS Cluster, as well. Some physical results are demonstrated on the stratified flows structure and dynamics around impermeable sloping plate, symmetrical wedge, horizontal disc and circular cylinder. The obtained numerical results have direct application to the natural systems since the Earth’s atmosphere and hydrosphere are mostly stably stratified due to non-uniformity of distributions in space and time of dissolved or suspended matters, gas bubbles, temperature, medium compressibility and effects of external forces. The numerical study of diffusion-induced flows on an impermeable obstacle reveals a system of jet-like flows formed along its sloping boundaries and a complicated structure of circulation cells attached to the surface of the obstacle. The most intensive structures are clearly registered experimentally by Schlieren techniques in form of horizontally extended high gradient interfaces attached to extreme points of an obstacle, i.e. sharp edges of a plate, poles of a cylinder, vertices of a wedge, etc. With increase of typical velocities these structures do not disappear but are transformed into a complicated system of thin interfaces separating different kinds of disturbances, e.g. internal waves and a vortex sheet. The structural elements of extremely slow flows of non-homogeneous fluids form a flow fine structure in rapidly changing environments. The analytical, numerical and laboratory data are compared with each other, conditions of their agreement being discussed together with possibility of their application to the natural systems.
Highlights
The paper presents the authors' experience in usage of the technological platform UniHUB for numerical simulation and computations of continuously stratified fluid flows based on the open source computational packages OpenFOAM, Salome and ParaView
Special attention is paid to the problems of high-resolution computational grids construction, complex boundary conditions setting using the standard and extended OpenFOAM utilities, own solvers development, numerical data processing and visualization and running program codes in parallel on the JSCC RAS Cluster, as well
Some physical results are demonstrated on the stratified flows structure and dynamics around impermeable sloping plate, symmetrical wedge, horizontal disc and circular cylinder
Summary
Данная работа посвящена одному из наиболее активно развиваемых направлений – построению и численной реализации адекватных моделей природных процессов, протекающих в атмосфере, гидросфере, геосфере Земли, и, в частности, исследованию волн и вихрей – одному из традиционных разделов классической механики жидкости, сохраняющему свою актуальность на протяжении последних столетий. При проведении расчетов на основе фундаментальной системы уравнений механики неоднородных жидкостей полный учет диссипативных факторов затрудняет разработку и реализацию численных схем и предъявляет высокие требования к быстродействию и объему памяти компьютера, вынуждая программиста в ряде случаев пренебрегать эффектами диффузии или загрублять исходную расчетную сетку, что часто приводит к появлению численных погрешностей в тех областях, где в лабораторных наблюдениях выражены тонкоструктурные вихревые течения [6]. Целью данной работы является развитие методики численного моделирования на основе системы фундаментальных уравнений механики неоднородных жидкостей и выполнение расчетов стратифицированных течений около препятствий выбранной формы в физически достижимом диапазоне параметров задачи с учетом переноса вещества, как стратифицирующего компонента, так и визуализирующей примеси. Достоинство такого подхода – возможность получения результатов в естественных физических переменных без привлечения дополнительных констант или связей, а также возможность одновременного изучения крупных и наиболее тонких структурных компонент в рамках единого описания
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Free) 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a call
