Численное моделирование влияния стратификации на силу сопротивления при движении ледяного киля в двухслойной жидкости
Аннотация
В работе рассматривается численное моделирование движения ледяного киля в двухслойной жидкости. Для описания нестационарной геометрии области на прямоугольных сетках используется метод погруженной границы. Приводятся результаты расчета силы сопротивления для различных значений чисел Фруда в сравнении с данными лабораторных экспериментов.
Об авторе
Е. В. Мортиков
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН; Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М.В.Ломоносова
Россия
Россия
г. Москва
Список литературы
1. Lepparanta M. The drift of sea ice. Berlin: Springer, 2005.
2. Steiner N. Introduction of variable drag coefficients into sea-ice models // Ann. Glaciol. 2001. V.33, N 1. P.181−186.
3. Williams E., Swithinbank C., Robin G. De Q. A submarine sonar study of Arctic pack ice // J. Glaciol. 1975. V.15, N 73. P.349−362.
4. Wadhams P. Sea ice thickness distribution in Fram Strait // Nature. 1983. V.305, N 5930. P.108–111.
5. Morison J.H., McPhee M.G., Maykut G.A. Boundary layer, upper ocean and ice observations in the Greenland Sea Marginal Ice Zone // J. Geophys. Res. 1987. V.92, N C7. P.6987−7011.
6. Pite H.D., Topham D.R., van Hardenberg B.J. Laboratory measurements of the drag force on a family of twodimensional ice keel models in a two-layer flow // J. Phys. Oceanogr. 1995. V.25, N 12. P.3008−3031.
7. Lu P., Li Z., Cheng B., Lepparanta M. A parameterization of the ice-ocean drag coefficient // J. Geophys. Res. 2011. V.116, N C7. P.19−33.
8. Jameel M.I., Rowe R.D., Topham D.R. Stratified flow under an ice keel – a numerical approach // Int. J. Numer. Meth. Fluids. 1993. V.16, N 5. P.353−364.
9. Cummins P.F., Topham D.R., Pite H.D. Simulated and experimental two-layer flows past isolated twodimensional obstacles // Fluid Dyn. Res. 1994. V.14, N 3. P.105−119.
10. Skyllingstad E.D., Paulson C.A., Pegau W.S., McPhee M.G., Stanton T. Effects of keels on ice bottom turbulence exchange // J. Geophys. Res. 2003. V.108, N C12. P.3372−3387.
11. Topham D.R., Pite H.D., Johnston P.J., Richards D.L. Stratified flows generated by an arctic ice keel // Preprints of Third Int. Symp. On Stratified Flows, ASCE. 1987. P.975−984.
12. Su S.W., Lai M.C., Lin C.A. An immersed boundary technique for simulating complex flows with rigid boundary // Computers and Fluids. 2007. V.36, N 2. P.313−324.
13. Мортиков Е.В. Применение графических процессоров для численного моделирования течения вязкой несжимаемой жидкости в областях сложной конфигурации методом погруженной границы // Вычислительные методы и программирование. 2012. Т.13, № 1. С.177−191.
14. Mittal R., Iaccarino G. Immersed boundary methods // Ann. Rev. Fluid Mech. 2005. V.37. P.239−261
15. Tseng Y.-H., Ferziger J.H. A ghost-cell immersed boundary method for flow in complex geometry // J. of Comp. Phys. 2003. V.192, N 2. P.593−623.
16. Mohd Yusof J. Combined immersed boundary/B-spline methods for simulation of flow in complex geometries // CTR Annual Research Briefs, Center for Turbulence Research. Stanford: Stanford University Press, 1997. P.317−328.
17. Fadlun E.A., Verzicco R., Orlandi P., Mohd-Yusof J. Combined immersed-boundary finite-difference methods for three-dimensional complex flow simulations // J. of Comp. Phys. 2000. V.161, N 1. P.35−60.
18. Balaras E. Modeling complex boundaries using an external force field on fixed Cartesian grids in large-eddy simulations // Computers and Fluids. 2004. V.33, N 3. P.375−404.
19. Peskin C.S. The immersed boundary method // Acta Numerica. V.11. P.479−517.
20. Chorin A.J. Numerical solution of the Navier-Stokes equations // Mathematics of Computation. 1968. V.22, N 104. P.745−762.
21. Brown D.L., Cortez R., Minion M.L. Accurate projection method for the incompressible Navier-Stokes equations // J. of Comp. Phys. 2001. V.168, N 2. P.464−499.
22. Kim J., Moin P. Application of a fractional-step method to incompressible Navier-Stokes equations // J. of Comp. Phys. 1985. V.59, N 2. P.308−323.
23. Morinishi Y., Lund T.S., Vasilyev O.V., Moin P. Fully conservative higher order finite-difference schemes for incompressible flow // J. of Comp. Phys. 1998. V.143, N 1. P.90−124.
24. Van der Vorst H.A. Iterative Krylov methods for large linear systems. Cambridge: Cambridge University Press, 2003.
25. Wesseling P. An introduction to multigrid methods. New York: Whiley, 1992.
26. Ольшанский М.А. Лекции и упражнения по многосеточным методам. М.: Изд-во МГУ, 2003.
27. Liu X.-D., Osher S.J., Sethian J.A. Computing interface motion in compressible gasdynamics // J. of Comp. Phys. 1992. V.100, N 2. P.209−228.
28. Jiang G.-S. Peng D. Weighted ENO schemes for Hamiltonial-Jacobi equations // SIAM J. Sci. Comput. 1997. V.21. P.2126−2143.
29. Pourquie M., Breugem W.P., Boersma B.J. Some issues related to the use of immersed boundary methods to represent square obstacles // Int. J. for Multiscale Computational Engineering. 2009. V.7, N 6. P.509−522.
30. Domenichini F. On the consistency of the direct forcing method in the fractional step solution of the NavierStokes equations // J. of Comp. Phys. 2008. V.227, N 12. P.6372−6384.
31. Guy R.D., Hartenstine D.A. On the accuracy of direct forcing immersed boundary methods with projection methods // J. of Comp. Phys. 2010. V.229, N 7. P.2479−2496.
32. Griffith B.E., Luo X., McQueen D.M., Peskin C.S. Simulating the fluid dynamics of natural and prosthetic heart valves using the immersed boundary method // Int. J. of Applied Mechanics. 2009. V.1, N 1. P.137−177.
33. Seo J.H., Mittal R. A sharp-interface immersed boundary method with improved mass conservation and reduced spurious pressure oscillations // J. of Comp. Phys. 2011. V.230, N 11. P.7347−7363.
34. Yang X., Zhang X., Li Z., He G.W. A smoothing technique for discrete delta functions with application to immersed boundary method in moving boundary simulations // J. of Comp. Phys. 2009. V.228, N 20. P.7821−7836.
35. Miller M.J., Thorpe A.J. Radiation conditions for the lateral boundaries of limited-area numerical methods // Quart. J.R. Met. Soc.1981. V.107, N 453. P.615−628.
36. Breuer M., Peller N., Rapp Ch., Manhart M. Flow over periodic hills – Numerical and experimental study in a wide range of Reynolds numbers // Computers and Fluids. 2009. V.38, N 2. P.433−457.
Рецензия
Для цитирования:
Мортиков Е.В. Численное моделирование влияния стратификации на силу сопротивления при движении ледяного киля в двухслойной жидкости. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012;5(3):12-22.
For citation:
Mortikov E.V. Numerical Simulation of the Stratification Effect on the Drag Coefficient of a Moving Ice Keel in a Two-Layer Fluid. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2012;5(3):12-22. (In Russ.)
Просмотров:
60
Послать статью по эл. почте 