⚛️ Расширяющийся дозвук

📌 Два предыдущих поста про моделирование были посвящены расширяющемуся газу в дозвуковом и сверхзвуковом случаях и их сравнению. В одном из них я сказал, что дозвуковой газ при определенных условиях течет так, что в верхней части образуется вихрь. Это вызвало определенный интерес, а потому я решил закончить серию постов о расширяющемся газе видео в тем самым вихрем.

✍️ На самом деле вариантов течения дозвукового газа в такой геометрии существует множество. На видео только один из них. Это резко контрастирует со случаем сверхзвуковым, поскольку там все описывается короткой фразой "влетел-вылетел". Разнообразие возможно только за счет вакуумной области, которая может образоваться при определенном угле раствора и скорости газа. Дозвук не такой и вот почему.

✅ В отличие от сверхзвукового случая, течение в дозвуке качественно зависит от граничных условий. С обеих сторон. То есть от входа и выхода. И если в сверхзвуке мы обязаны на входе задать все характеристики газа, а на выходе не задавать ничего, то в дозвуке у газа есть один свободный (не заданный граничным условием) параметр уже на входе. Плюс заданный один параметр на выходе. И они будут определять характер течения.

▶️ Физически такой механизм формулировки граничных условий связан с тем, что в дозвуковом потоке возмущения распространяются, как мы говорили, во все стороны. В том числе против течения. А это означает, что течение внутри расчетной области должно зависеть от параметров течения снаружи. Даже на выходе. Поэтому мы обязаны задавать граничные условия в том числе там, где газ расчетную область покидает.

📌 В данном расчете граничные условия сформулированы таким образом, что на выходе газ обязан приобрести однородную по сечению скорость. Эта скорость варьируется в видео и именно ее рост заставляет газ сформировать вихрь в верхней части. Обусловлено это, грубо говоря, тем, что газу необходимо ускориться, что дозвуковой газ при расширении сделать не может. Поэтому он "формирует" для себя "трубку", которая позволяет ему достичь необходимой скорости на выходе за счет уменьшения "объема течения". Закон сохранения энергии в лице уравнения Бернулли не обмануть, увы. 😊 Если кто-то говорит вам обратное - смело бейте по голове. До просветления. 😊

#CFD #физика #моделирование