Кудрявцев А.Н. Борисов С.П.
Развитие неустойчивости Рэлея-Тейлора, результаты моделирования при низких числах Рейнольдса
Докладчик: Кудрявцев А.Н.
В целом ряде работ, выполненных в последние годы, были предприняты попытки моделировать развитие гидродинамических неустойчивостей на основе молекулярно-кинетического описания, используя методы молекулярной динамики, прямого статистического моделирования, или решая кинетические уравнения другим способом.
Рассмотренные неустойчивости включали неустойчивости Рэлея-Тейлора, Рихтмайера-Мешкова, Кельвина-Гельмгольца. Естественно, что основное внимание было уделено течениям, в которых неустойчивость проявляется уже при достаточно низких числах Рейнольдса. Во-первых, именно в таких условиях существенным может оказаться влияние молекулярно-кинетических эффектов, а, во-вторых, мощности современных компьютеров просто не позволяют провести численное моделирование на основе кинетического подхода для больших чисел Рейнольдса.
Чтобы выявить влияние разреженности и неравновесности, необходимо сравнить результаты кинетических и континуальных расчетов. Поэтому моделирование особенностей развития неустойчивостей при низких числах Рейнольдса на основе континуальных уравнений также представляет интерес. Такое моделирование для неустойчивости Рэлея-Тейлора и выполнено в настоящей работе.
Расчеты проведены для двумерного случая при отношении плотностей вблизи интерфейса ρ2/ρ1 = 2 и возбуждении неустойчивости одномодовым возмущением скорости. Исследовано влияние на развитие неустойчивости эффектов вязкой диссипации. Показано, что при числах Кнудсена Kn > 0.0001 оказывается подавленным развитие вторичной неустойчивости Кельвина-Гельмгольца на границе между легким и тяжелым газом, являющейся обычно основным механизмом быстрого перемешивания газов и турбулизации течения. Вместо этого начинают все большую роль играть процессы вязкого (диффузионного) перемешивания.
При Kn > 0.005 вязкая диффузия идет быстрее, чем тяжелый газ опускается под действием силы тяжести, так что само понятие неустойчивости Рэлея-Тейлора в значительной степени теряет смысл.
Показано, что во всем диапазоне чисел Кнудсена Kn < 0.0001 тяжелый газ опускается вниз практически с одинаковой скоростью.
Работа была поддержана Российским научным фондом (проект №18-11-00246).
К списку докладов