Важное замечание!

Рассказывая о вычислительной аэродинамике, охватывающей почти столетие, специалистом в области вычислительной физики с ограниченными знаниями, можно непреднамеренно упустить из виду некоторые существенные моменты либо из-за конечного или недостаточного опыта автора, личной предвзятости, угасающей памяти или комбинации этих факторов. Данный проект (книга) отражает лишь личный опыт в обширной области численного и физического моделирования турбулентных течений - примите мои искренние извинения за любые упущения.

Комментарии ко второму изданию

Трудно поверить, что прошло уже два года с тех пор, как я начал этот проект (да, и, примерно, лет десять ушло, на то чтобы посчитать, проанализировать и опубликовать результаты, составившие основную часть первого издания). Большинство мотивирующих факторов и движущих сил для работы над книгой остались прежними, но многое в нашей жизни также изменилось. Так, одной из наиболее перспективных областей в современной аэродинамике за последние пару лет стала разработка беспилотных летательных аппаратов, различной компоновки и конфигураций. Дальнейшее развитие технологий по управлению потоком, и, в том числе, по отрыву пограничного слоя, является глубоко сопутствующим драйвером для продолжения данного проекта.

Книга была обновлена. Добавлены новые главы (разделы) или внесены следующие существенные изменения:
• Основы теории стабильности и метрики Ляпунова для анализа устойчивости динамических систем и изучения бифуркации турбулентных отрывных течений;
• Краткие аспекты численного метода используемого в CFD пакете Ansys Fluent;
• Основы моделирования интенсивности турбулентности набегающего потока и, в частности, детализация синтетических генераторов турбулентности;
• Влияние интенсивности турбулентности набегающего потока на обтекание кругового цилиндра для числа Рейнольдса Re = 3900, где дается обоснование бифуркации течения на основе теории стабильности и метрики Ляпунова;
• Представлены обобщенные результаты численного и физического моделирования обтекания кругового цилиндра для числа Рейнольдса Re = 130,000, где сопоставляются моделирование крупных вихрей на основе платформ Ansys Fluent и OpenFOAM®
• Фазовое пространства и сопутствующие аттракторы динамических систем - как концепция турбулентных течений в рамках системы уравнений Навье-Стокса;
• Обобщенные данные численного и физического моделирования для зависимости угла отрыва пограничного слоя от числа Рейнольдса для кругового цилиндра;
• Обновлены имеющиеся данные по локальному теплообмену для обтекания кругового цилиндра для Re = 3900.

Тема книги

Вычислительная аэродинамика играет важную роль во многих областях промышленности и прикладной науки для исследования турбулентных отрывных течений. Моделирование крупных вихрей является одним из современных и перспективных подходов, на основе которого в книге рассматриваются задачи аэродинамики плохообтекаемых тел. В качестве базовой платформы используется третья по популярности в мире технология с открытым исходным кодом OpenFOAM®. Детальные верификация и валидизация проведена на ряде канонических аэродинамических задач, таких как обтекание кругового, полукруглого, треугольного и квадратного цилиндров для умеренных чисел Рейнольдса (Re < 10⁵). Анализируются механика отрывных течений и особенности ее прогнозирования как с помощью физического, так и численного экспериментов. Систематизация и обобщение данных позволяют оценить дисперсию между результатами физического и численного экспериментов и степень их конвергенции, а также сформулировать принципиальные вопросы, решение которых имеет большое значение для развития вычислительной аэрогидродинамики в целом, и моделирования крупных вихрей в частности.

Аннотация

Моделирование крупных вихрей  (Large Eddy Simulation, LES) - современных и перспективных подходов в вычислительной аэродинамики для исследования турбулентных отрывных течений.  Для численного моделирования используется третья по популярности в мире платформа с открытым исходным кодом OpenFOAM®. Тематика детального тестирования и апробации моделирования крупных вихрей,  а также рекомендации по практическому применению в рамках пакета OpenFOAM®, являются центральными в настоящем исследовании.  Книга представлена в четырех основных частях.  В первой, вступительной главе дается краткий обзор вычислительной аэрогидродинамики в рамках моделирования турбулентных течений,  где рассматриваются основные современные тенденции в развитие аппаратного  и программного обеспечении. Во второй части приводятся элементы математического аппарата и детали численной реализации моделирования крупных вихрей в рамках технологии OpenFOAM®. В третьей части дается детальная валидизация и верификация платформы на ряде канонических тестовых задач аэродинамики:  обтекания кругового, треугольного и полукруглого цилиндров для умеренных чисел Рейнольдса (Re < 10⁵ ).  Дается краткий обзор экспериментальных методов. Также проанализированы имеющиеся материалы турбулентного обтекания квадратного цилиндра. Обобщению и анализу результатов численного и физического моделирования для четырех классов плохообтекаемых тел посвящена четвертая часть книги, где рассматриваются статистические и спектральные данные, полуэмпирические зависимости, а также приводится обобщенная оценка ошибок в контексте моделирования крупных вихрей.  В эпилоге кратко обсуждаются темы, не вошедшие в книгу, а также вопросы дальнейших исследований.

Купить