Моделирование турбулентных течений. Белов И.А - 14 стр.

UptoLike

Составители: 

14
Умножим уравнение (2.1) на
u
i
. Пренебрегая работой вязких сил, в этом случае
получаем
u
i
(
t
T
+
u
j
x
j
T
)=
Pr
÷
u
i
x
2
j
2
T
.
Умножим
i
-ю проекцию уравнения Навье-Стокса на
T
:
T
(
t
u
i
+
u
j
x
j
u
i
)=
à
ú
T
x
i
p
+
÷
T
x
2
j
2
u
i
.
В результате сложения последних двух уравнений получаем
t
(
u
i
T
)+
x
j
(
u
i
u
j
T
)=
Pr
÷
u
i
x
2
j
2
T
à
ú
T
x
i
p
+
÷T
x
2
j
2
u
i
.
Операция осреднения во времени дает
t
u
i
T
+
t
u
0
i
T
0
+
x
j
u
i
u
j
T
+
x
j
u
i
u
0
j
T
0
+
x
j
u
j
u
0
i
T
0
+
x
j
T u
0
i
u
0
j
+
+
x
j
u
0
i
u
0
j
T
0
=
Pr
÷
(
u
i
x
2
j
2
T
+
u
0
i
x
2
j
2
T
0
)
à
ú
T
x
i
p
à
ú
T
0
x
i
p
0
+
÷T
x
2
j
2
u
i
+
÷T
0
x
2
j
2
u
0
i
.
(2.3)
Умножим на
u
i
уравнение (2.2):
u
i
(
t
T
+
u
j
x
j
T
)=
u
i
Pr
÷
x
2
j
2
T
à
u
i
x
j
u
0
j
T
0
,
а
i
-ю проекцию уравнения Навье-Стокса на
T
:
T
t
u
i
+
u
j
T
x
j
u
i
+
Tu
0
j
x
j
u
0
i
=
à
ú
T
x
i
p
+
÷T
x
2
j
2
u
i
.
Суммируя последние два уравнения и вычитая результат из (2.3), получаем уравне-
ние для корреляции
u
0
i
T
0
вида
t
u
0
i
T
0
+
u
j
x
j
u
0
i
T
0
=
à
u
0
j
T
0
x
j
u
i
à u
0
i
u
0
j
x
j
T
à
à
x
j
u
0
i
u
0
j
T
0
à
ú
T
0
x
i
p
0
+
Pr
÷
u
0
i
x
2
j
2
T
0
+
÷T
0
x
2
j
2
u
0
i
.
(2.4)
Последние два члена в правой части (2.4) преобразуются согласно
x
2
j
2
u
0
i
T
0
=
x
j
x
j
u
0
i
T
0
=
x
j
(
T
0
x
j
u
0
i
+
u
0
i
x
j
T
0
)=
=
T
0
x
2
j
2
u
0
i
+
x
j
T
0
x
j
u
0
i
+
u
0
i
x
2
j
2
T
0
+
x
j
u
0
i
x
j
T
0
.
Обозначая
÷/
Pr =
ë
- коэффициент температуропроводности, можно записать
ëu
0
i
x
2
j
2
T
0
+
÷T
0
x
2
j
2
u
0
i
=
ëu
0
i
x
2
j
2
T
0
+
ëT
0
x
2
j
2
u
0
i
+(
÷
à ë
)
T
0
x
2
j
2
u
0
i
=
ë
(
x
2
j
2
u
0
i
T
0
à
2
x
j
T
0
x
j
u
0
i
)+
(
÷
à ë
)
T
0
x
2
j
2
u
0
i
.
Корреляция
ú
T
0
x
i
p
0
представляется в виде
                                                                                                                                                    14

   Умножим уравнение (2.1) на                                       ui . Пренебрегая работой вязких сил, в этом случае
получаем
                                                            ∂T                  ∂T                 ÷         2
                                                                                                            ∂ T
                                                    ui ( ∂ t + u j ∂ x j ) =                       Pr
                                                                                                        u i ∂x 2.
                                                                                                                 j
Умножим i -ю проекцию уравнения Навье-Стокса на T :
                       ∂u        ∂u         T ∂p        ∂ 2u
                    T ( ∂ti + u j∂x ij) = à ú ∂x i + ÷T ∂x 2i .
                                                            j
В результате сложения последних двух уравнений получаем
∂             ∂                 ÷    ∂ 2T   T ∂p        ∂ 2u i
∂t
   (u i T) + ∂x j
                  ( u  u
                      i j T ) =   u
                                Pr i ∂x j
                                        2 à ú ∂x i
                                                   + ÷T ∂x 2j
                                                               .
Операция осреднения во времени дает

∂
  uT
∂t i
               + ∂t∂ u 0i T 0 + ∂x∂ ju iu jT + ∂x∂ ju i u 0jT 0 + ∂x∂ ju j u 0i T 0 + ∂x∂ jT u 0i u 0j +
                                                2                      2 0                                                   2            ∂ u2 0
                                                                                      T ∂p
      ∂ 0 0 0                ÷
                                         (u i ∂∂xT2              u 0i∂∂xT2 )                                             ÷T∂∂xu2i
                                                                                                            0
+        uuT
     ∂x j i j
                           = Pr                             +                    à    ú ∂x i
                                                                                                   à T 0 ∂p          +              + ÷T 0 ∂x 2i.
                                                  j                        j                         ú ∂x i                    j              j
                                                                                                                                           (2.3)
Умножим на               ui       уравнение (2.2):
                                                        2
               ∂T
u i(∂∂Tt + u j ∂x ) = ui P÷r ∂∂ xT2 à u i∂∂x ju 0jT 0 ,
                              j
                                                            j
а i -ю проекцию уравнения Навье-Стокса на                                              T:
                                                    0
    ∂ ui                 ∂ ui          ∂u                             ∂p                       2
T   ∂t
           + u jT        ∂ xj
                                      0 i
                                  + Tuj∂x j             = à Tú ∂ x i + ÷T∂∂xu2i.
                                                                                                   j
Суммируя последние два уравнения и вычитая результат из (2.3), получаем уравне-
                                          0
ние для корреляции u i T 0 вида

  u T + u j ∂x∂ ju 0iT 0 = à u 0jT 0 ∂u
 ∂ 0 0
∂t i
                                        i
                                     ∂x j
                                                                                       ∂T
                                                                           à u 0i u 0j ∂x j
                                                                                            à
                              0   0                                   2 0            ∂ u       2 0
      ∂ 0 0 0
à        uuT
     ∂x j i j
                           à T ∂p                 +     ÷
                                                        Pr
                                                                u 0i∂∂xT2      + ÷T 0 ∂x 2i.                                               (2.4)
                             ú ∂x i                                    j                 j


Последние два члена в правой части (2.4) преобразуются согласно
                                      0
 ∂2 0 0
     u  T =  ∂ ∂ 0 0
                    u  T =  ∂
                               (T 0∂u i + u 0 ∂T 0 ) =
∂x 2j i     ∂x j∂x j i     ∂x j    ∂x j     i ∂x j
               2 0
                                                                  ∂u 0i ∂T 0
                                 0
        ∂ u              ∂T 0 ∂u i
                                                        2 0
=    T 0 ∂x 2i       +                   +        u 0i∂∂xT2     + ∂x ∂x .
            j            ∂x j ∂x j                          j         j   j
Обозначая            ÷/Pr = ë - коэффициент температуропроводности, можно записать
        2 0              ∂ u       2 0             2 0                    ∂ u        2 0                         ∂ u      2 0
ëu 0i ∂∂xT2        + ÷T 0 ∂x 2i          = ëu 0i ∂∂xT2              + ëT 0 ∂x 2i           + (÷ à           ë)T 0 ∂x 2i         =
               j             j                                  j             j                                      j
           2                                  0                                       2 0
  ∂     0 0     ∂T 0 ∂u i               ∂ u
ë(∂x 2u i T à 2           ) + (÷ à ë)T 0 ∂x 2i.
           j                      ∂x j ∂x j                                                j

                      T 0 ∂p 0
Корреляция                     представляется в виде
                      ú ∂x i