Аннотация:Исследуется двумерное обтекание цилиндра прямоугольного сечения потоком вязкой несжимаемой жидкости. Задача представляет фундаментальный интерес, поскольку является простейшей моделью течений, встречающихся в различного рода инженерных приложениях (например, при проектировании зданий). Поэтому по данной теме существует множество публикаций, которые в основном рассматривают течения при умеренных и больших числах Рейнольдса. Перед студентом была поставлена задача провести подробные параметрические исследования при докритических и околокритических числах Рейнольдса (под критическим числом Рейнольдса Re_кр здесь понимается Re, при котором стационарное течение теряет устойчивость, и формируется дорожка Кармана).
Задача содержит два параметра – число Рейнольдса Re и отношение k продольной стороны прямоугольника к поперечной. Представляют интерес влияние этих параметров на размеры рециркуляционных зон, формирующихся за телом; сопротивление тела; поведение точек отрыва; а также числа Re_кр и Re_о, при котором возникают стационарные рециркуляционные зоны. В качестве тестовой задачи рассматривается случай квадратного цилиндра (k=1), который был подробно изучен в относительно недавней работе [Sen et al., Int. J. Numer. Meth. Fluids, 2011].
Реализован протестирован численный метод MAC (маркеров и ячеек) решения уравнений Навье-Стокса. Основными результатами работы являются зависимость Re_кр от k (0.2≤k≤5), которая, как было показано, хорошо аппроксимируется линейной функцией; зависимости длины рециркуляционной зоны и сопротивления тела от Re и k. Было обнаружено, что независимо от k потеря устойчивости нестационарного течения происходит при одной и той же длине рециркуляционной зоны, приближенно равной 3.2 толщинам тела.