В монографии даётся систематическое изложение современного подхода к инвариантному моделированию развитых турбулентных течений многокомпонентных химически активных газов, применительно к специфике математического моделирования верхних атмосфер планет. Основное внимание уделено проблеме взаимовлияния химической кинетики и турбулентного перемешивания, а также разработке полуэмпирического метода расчёта коэффициентов турбулентного обмена в стратифицированных сдвиговых течениях, основанного на использовании эволюционных уравнений переноса для вторых моментов пульсирующих термогидродинамических параметров. Возможности разработанных моделей многокомпонентной турбулентности природных сред продемонстрированы в ряде вычислительных примеров, описывающих процессы кинетики и тепло-массопереноса в верхних атмосферах планет.

Для научных сотрудников, работающих в области механики, астрофизики, геофизики, аэрономии и космических исследований планет Солнечной системы, а также студентов старших курсов и аспирантов соответствующих специальностей.

«…Турбулентность принадлежит к числу очень распространённых и, вместе с тем, наиболее сложных явлений природы, связанных с возникновением и развитием организованных структур (вихрей различного масштаба) при определённых режимах движения жидкости в существенно нелинейной гидродинамической системе. Прямое численное моделирование турбулентных течений сопряжено с большими математическими трудностями, а построение общей теории турбулентности, из-за сложности механизмов взаимодействующих когерентных структур, вряд ли возможно. При потере устойчивости ламинарного течения, определяемой критическим значением числа Рейнольдса, в такой системе возникает трёхмерное нестационарное движение, в котором, вследствие растяжения вихрей, создаётся непрерывное распределение пульсаций скорости в интервале длин волн от минимальных, определяемых вязкими силами, до максимальных, определяемых границами течения. На условия возникновения завихрённости и структуру развитой турбулентности оказывают влияние как физические свойства среды, такие как молекулярная вязкость, с которой связана диссипация энергии в турбулентном потоке, так и условия на границе, где наблюдаются тонкие пограничные вихревые слои, неустойчивость которых проявляется в порождении ими вихревых трубок. Турбулизация приводит к быстрому перемешиванию частиц среды и повышению эффективности переноса импульса, тепла и массы, а в многокомпонентных средах — также способствует ускорению протекания химических реакций. По мере накопления знаний о разнообразных природных объектах, в которых турбулентность играет значительную, а во многих случаях определяющую роль, моделирование этого явления и связанных с ним эффектов приобретает все более важное значение…

…Отличительная особенность проведённых авторами исследований заключается в предложенном феноменологическом подходе к построению теории турбулентности реагирующих газов для определённого класса задач и развитых методах модельного описания турбулизованных смесей с единых позиций механики многокомпонентных сред. Основная направленность этих исследований непосредственно связана с решением ряда сложных аэрономических проблем, включающих в себя вопросы формирования и эволюции планетных атмосфер. Вместе с тем, полученные результаты не ограничиваются аэрономическими приложениями. Они имеют непосредственное отношение к моделированию механизмов, формирующих свойства астрофизических объектов на разных стадиях их эволюции, исследованию проблем звёздной и планетной космогонии, включая образование протопланетных дисков и последующую аккумуляцию планетных систем, а также к привлекающим всё большее внимание проблемам экологии, связанным с диффузией загрязнений и охраной окружающей среды…»

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книги на ту же тему

1. Проблемы турбулентных течений, Струминский В. В., ред., 1987
2. Пространственная модель турбулентного обмена, Булеев Н. И., 1989
3. Моделирование динамики и кинетики газовых примесей и аэрозолей в атмосфере, Алоян А. Е., 2008