Моделирование турбулентных течений. Белов И.А - 10 стр.

UptoLike

Составители: 

10
à
u
i
x
k
p
à
u
k
x
i
p
à
u
0
k
x
i
p
0
+
u
i
x
j
ü
jk
+
u
0
i
x
j
ü
0
jk
+
u
k
x
j
ü
ji
+
u
0
k
x
j
ü
0
ji
.
Умножим уравнение (1.6) на
u
i
:
u
i
â
t
(
úu
k
)+
x
j
(
ú
u
j
u
k
)
ã
=
u
i
â
à
x
k
p
+
x
j
(
ü
jk
à
úu
0
j
u
0
k
)
ã
.
(1.11)
Меняя в последнем уравнении местами индексы
i
и
k
, получаем
u
k
â
t
(
úu
i
)+
x
j
(
ú
u
j
u
i
)
ã
=
u
k
â
à
x
i
p
+
x
j
(
ü
ji
à
úu
0
j
u
0
i
)
ã
.
(1.12)
Сумма последних двух уравнений дает уравнение вида
t
(
úu
i
u
k
)+
x
j
(
úu
i
u
j
u
k
)=
à
u
i
x
k
p
à
u
k
x
i
p
+
+
u
i
x
j
(
ü
jk
à
úu
0
j
u
0
k
)+
u
k
x
j
(
ü
ji
à
úu
0
j
u
0
i
)
.
(1.13)
Уравнение переноса турбулентных или рейнольдсовых напряжений получается вы-
читанием из уравнения (1.10) уравнения (1.13):
t
(
úu
0
i
u
0
k
)+
x
j
(
úu
j
u
0
i
u
0
k
)+
x
j
(
úu
0
i
u
0
j
u
0
k
)=
à
u
0
i
x
k
p
0
à
à
u
0
k
x
i
p
0
+
u
0
i
x
j
ü
0
jk
+
u
0
k
x
j
ü
0
ji
à úu
0
j
u
0
k
x
j
u
i
à
úu
0
j
u
0
i
x
j
u
k
.
(1.14)
Следует отметить, что первые четыре члена в правой части и член с тройной корре-
ляцией в левой части уравнения (1.14) являются неизвестными.
Преобразуем (1.14). Запишем первые два члена в правой части как
à u
0
i
x
k
p
0
à u
0
k
x
i
p
0
=
p
0
(
x
k
u
0
i
+
x
i
u
0
k
)
à
â
î
jk
x
j
(
u
0
i
p
0
)+
î
ij
x
j
(
u
0
k
p
0
)
ã
,
где
î
j
k
(
î
i
j
)
- единичный тензор.
Третий и четвертый члены в правой части преобразуются с учетом уравнения
неразрывности следующим образом:
u
0
i
x
j
ü
0
jk
+
u
0
k
x
j
ü
0
ji
=
ö
(
u
0
i
x
2
j
2
u
0
k
+
u
0
k
x
2
j
2
u
0
i
)=
ö
x
2
j
2
(
u
0
i
u
0
k
)
à
2
ö
x
j
u
0
i
x
j
u
0
k
.
Таким образом, (1.14) записывается в виде
t
(
u
0
i
u
0
k
)+
x
j
(
u
j
u
0
i
u
0
k
)=
à
x
j
(
u
0
i
u
0
j
u
0
k
)+
÷
x
2
j
2
(
u
0
i
u
0
k
)+
+
ú
1
p
0
(
x
k
u
0
i
+
x
i
u
0
k
)
à
â
î
jk
x
j
(
u
0
i
p
0
)+
î
ij
x
j
(
u
0
k
p
0
)
ã
à
à
2
÷
x
j
u
0
i
x
j
u
0
k
à
u
0
j
u
0
k
x
j
u
i
à u
0
j
u
0
i
x
j
u
k
(1.15)
или
t
(
u
0
i
u
0
k
)+
u
j
x
j
(
u
0
i
u
0
k
)=
x
j
D
ik
+
R
ik
+
P
ik
à
ε
ik,
(1.15а)
где
                                                                                                                                   10

                                                                             0                                 0
                                         ∂p 0                             ∂ü                               ∂ü
à        ∂p
     u i ∂x k
                 à       ∂p
                     u k ∂x i
                                 à   u 0k∂x i
                                                    + u i ∂ü jk
                                                          ∂x j
                                                                  +   u 0i ∂xjkj   +
                                                                                           ∂ü
                                                                                       u k ∂xjij   +   u 0k∂xjij .

Умножим уравнение (1.6) на                    ui :
     â∂                                     ã     â                                                                  ã
ui    ∂t
           (úu k ) +       ∂
                          ∂ xj
                                 (ú u j u k) = u i à ∂∂xpk +                        ∂
                                                                                   ∂ xj
                                                                                           (üjk à úu u ) . 0
                                                                                                           j
                                                                                                               0
                                                                                                               k
                                                                                                                         (1.11)


Меняя в последнем уравнении местами индексы         i и k , получаем       ã
     â   ∂             ∂
                                     ã     â  ∂p       ∂             0 0
uk       ∂t
            (úu i ) + ∂x j(ú u j u i) = u k à ∂x i + ∂x j(ü ji à úu j u i ) .                                            (1.12)

Сумма последних двух уравнений дает уравнение вида
                                                      ∂p         ∂p
∂
∂t
   (úu i         u k ) + ∂x∂ j(úu i u j u k ) = à u i ∂x k
                                                           à u k ∂x i
                                                                      +
+ u i ∂x∂ (ü jk à úu 0j u 0k ) + u k ∂x∂ (ü ji à úu 0j u 0i ).                                                           (1.13)
             j                                             j


Уравнение переноса турбулентных или рейнольдсовых напряжений получается вы-
читанием из уравнения (1.10) уравнения (1.13):
                                                                            ∂p                     0
∂     0 0
∂t(úu iu k )      + ∂x∂ j(úu j u 0iu 0k ) + ∂x∂ j(ú u 0iu 0ju 0k ) = à u 0i ∂x à                   k

             0
                            0
                       0 ∂ü jk             ∂ü 0ji       0 0 ∂u k
      ∂p
à u 0k∂x   + u i ∂x j + u 0k ∂x j à úu 0ju 0k ∂u
                                              ∂x
                                                 i
                                                 j
                                                   à úu ju i ∂x j .                                                      (1.14)
         i


Следует отметить, что первые четыре члена в правой части и член с тройной корре-
ляцией в левой части уравнения (1.14) являются неизвестными.
   Преобразуем (1.14). Запишем первые два члена в правой части как
     0 ∂p 0    0 ∂p 0       ∂u 0i   ∂u 0k     â ∂ 0                       ∂     0 0
                                                                                      ã
                      p 0 (
à u i ∂x k à u k∂x i = ∂x k ∂x i  +       ) à  î        (u   p 0 ) + î       (u   p )   ,
                                                 jk ∂x j   i           ij∂x j   k
где î jk (î ij) - единичный тензор.
    Третий и четвертый члены в правой части преобразуются с учетом уравнения
неразрывности следующим образом:
            0            0         2 0      2 0
       0 ∂ü jk      0 ∂ü ji     0 ∂ uk   0 ∂ ui       ∂2    0 0        ∂u 0i ∂u 0k
    u i ∂x j + u k ∂x j = ö(u i ∂x 2 + u k ∂x 2 ) = ö∂x 2(u i u k) à 2ö∂x ∂x .
                                     j        j         j                  j     j


     Таким образом, (1.14) записывается в виде
     0 0                                                                               2
∂
∂t(u iu k )      + ∂x∂ j(u j u 0iu 0k) = à ∂x∂ j(u 0iu 0j u 0k) + ÷∂x
                                                                   ∂      0 0
                                                                      2(u i u k ) +
                                                                                       j

     1 0     ∂u 0i     ∂u 0k
                                      â                                                      ã
+    ú p (∂x k + ∂x i
                      )          à        î jk∂x∂ j(u 0i p 0)     + î ij∂x∂ j(u 0k p 0)          à
    ∂u 0i ∂u 0k                      ∂u                   ∂u
à 2÷∂x j ∂x j          à u 0ju 0k ∂x ij à u 0ju 0i ∂xkj                                                                  (1.15)
или
 ∂
∂t
   (u 0iu 0k)     + u j∂x∂ j(u 0i u 0k) = ∂x∂ jD ik + R ik + P ik à ε ik,                                                (1.15а)
где