Метод «Крупных частиц» при математическом моделировании неустойчивости Кельвина–Гельмгольца в воздухе

Рассматривается применение известного метода «Крупных частиц» при математическом моделировании простейшего вида сдвиговых течений – двумерного нестационарного плоского слоя смешения. Описаны результаты прямого численного моделирования развития неустойчивости Кельвина-Гельмгольца на границе раздела двух слоев воздуха разной плотности, движущихся со сдвигом тангенциальной скорости в поле сильного внешнего ускорения. Достоверность результатов расчетов подтверждена их сравнением с аналитическими расчетами, с результатами численного решения аналогичной задачи, а также с экспериментальными данными. По результатам расчетов получена новая функциональная зависимость увеличения ширины слоя смешения от времени, внешнего ускорения, разности плотностей слоев воздуха и разности скоростей на контактной границе. Эта зависимость получена для больших значений величин ускорения, разностей скорости и плотности на разрыве. Она будет полезна для прогнозирования расширения зон смешения в различных течениях с тангенциальным разрывом скорости, повсеместно встречающихся как в технике, так и в атмосфере – например, на начальном участке струи, на начальной стадии смешения в цилиндрическом вихре, при развитии волнистых облаков или неустойчивости ясного неба в атмосфере.