Дружинин О.А.
 Статья на сайте eLibrary

Проведено вихреразрешающее численное моделирование приповерхностного водного слоя, насыщенного воздушными микропузырьками с диаметрами менее 1 мм, при наличии заданной стационарной поверхностной волны с целью исследования влияния индуцированной ей турбулентности на транспорт пузырьков. Математическая модель основана на решении трёхмерных отфильтрованных по подсеточным флуктуациям уравнений движения водной фазы в эйлеровой формулировке и лагранжевых уравнений движения пузырьков. Для замыкания подсеточных напряжений в уравнении для скорости воды используется концепция турбулентной вязкости, где кинетическая энергия неразрешаемых расчётной сеткой пульсаций определяется решением прогностического уравнения. Результаты показывают, что воздействие турбулентности на транспорт пузырьков приводит к ослаблению переноса стоксовым дрейфом вблизи поверхности и усилению переноса в толще воды (т. е. происходит турбулентная «диффузия» стоксова дрейфа пузырьков). Результаты также показывают, что турбулентность существенно не влияет на вертикальный поток концентрации, который контролируется установившейся скоростью всплывания пузырьков в покоящейся воде.

На английском языке
Large-eddy simulation of a near-surface water layer laden with microbubbles
Druzhinin O.A.

We perform a large-eddy numerical simulation of a near-surface water layer laden with microbubbles having diameters less than 1 mm in the presence of a specified stationary surface wave in order to investigate the influence of the wave-induced turbulence on the bubble transport. The mathematical model employed is based on solving the three-dimensional equations of the water-phase motion, which are filtered over subgrid fluctuations, in the Eulerian formulation, and the Lagrangian equations of the bubbles motion. A turbulent-viscosity concept, where the kinetic energy of the pulsations unresolved by the calculation grid is determined by solving of a prognostic equation, is used to close the subgrid stresses in the water velocity equation. The results show that the influence of the turbulence on the bubble transport leads to a reduction of the transfer of bubbles, as compared to the Stokes drift, in the vicinity of the water surface, and an enhancement of the transfer in the water depth (i. e., there occurs turbulent diffusion of the bubble Stokes drift). The results also show that the turbulence does not affect significantly the vertical component of the concentration flux which is controlled by the established bubble velocity in quiescent water.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2025_68_05_436