Spherical flow of an ideal fluid in a spatially nonuniform field of force | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2020. № 64. DOI: 10.17223/19988621/64/11

Spherical flow of an ideal fluid in a spatially nonuniform field of force

Exact particular solutions to Euler equations are obtained for a steady spherical flow of an incompressible inviscid fluid. The effect of the structure of the force field spatial nonuniformity on hydrodynamic parameters of the flow is studied. An exact solution to a flux problem is obtained. In this problem, the fluid flows in a spherical layer of finite thickness whose external boundary is impermeable. In the northern part of the layer, the fluid flows out of the core; in the southern part, into the core. There is no flowing at the equator. The peculiarities of the pressure gradient on the layer boundaries are discussed in detail. The intensity of mass force sources is calculated. Both exponential and power-law dependences of the flow velocity on the core surface temperature are proposed. The zonal and meridional flows occurring in potential, solenoidal, and Laplace force fields are considered. Examples of the conditions under which the velocity contours are or are not isobars are given. The behavior of these lines is shown to be mainly affected by a meridional component of the mass force. Physical models corresponding to the given solutions are presented. An example of the zonal flow inside an impermeable sphere is indicated. A zonal flow is considered in the external space of two impermeable cones. Arrangement of the cones has a sandglass-like shape. They have a common axis, a common vertex, and opposite bases. In a partial case, the impermeable boundaries are represented as a cone and an equatorial plane. The same arrangement of the cones is used for a hydrodynamic interpretation of the meridional flow, where the vertices of the cones are located in the center of the internal sphere, and the fluid flows out of the upper cone into the lower one through their permeable walls. The flow region is radially confined by external and internal impermeable spheres. In a specific case, the lower cone degenerates into a plane, and the fluid outflows from the spherical layer through a round ring located in the equatorial plane.

Download file
Counter downloads: 177

Keywords

сферический слой, задача протекания, широтное и меридианное течения, потенциальное, соленоидальное и лапласово силовые поля, spherical layer, potential, solenoidal and Laplace force fields, flow problem, zonal and meridional flows

Authors

NameOrganizationE-mail
Shablovsky Oleg N.Gomel State Technical Universityshablovsky-on@yandex.ru
Всего: 1

References

Гольдштик М.А., Штерн В.Н., Яворский Н.И. Вязкие течения с парадоксальными свойствами. Новосибирск: Наука, 1989. 336 с.
Грынь В.И. О семействах точных решений стационарных уравнений Эйлера и Навье-Стокса // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1998. Т. 38. № 8. С. 1421-1422.
Шмыглевский Ю.Д. Аналитические исследования динамики газа и жидкости. М.: Эдиториал УРСС. 1999. 232 с.
Иванов М. И. Тангенциальные колебания дифференциально вращающегося сферического слоя жидкости // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2009. № 2. С. 146-154.
Шабловский О.Н. Сферическое течение вязкой жидкости с источниками импульса и энергии // Фундаментальные физико-математические проблемы и моделирование технико-технологических систем. Вып. 15. М.: Янус-К, 2013. С. 219-235.
Мануйлович С.В. Продольно-периодическое течение вязкой жидкости, порождаемые пристеночной объемной силой // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2015. № 4. С. 59-67.
Юдович В.И. Двумерная нестационарная задача о протекании идеальной несжимаемой жидкости через заданную область // Математический сборник. 1964. Т. 64. № 4. С. 562588.
Кажихов А.В. Замечание к постановке задачи протекания для уравнений идеальной жидкости // Прикладная математика и механика. 1980. Т. 44. № 5. С. 947-949.
Коробков М.В., Пилецкас К., Пухначев В.В., Руссо Р. Задача протекания для уравнений Навье - Стокса // Успехи математических наук. 2014. Т. 69. Вып. 6. С. 115-176.
Говорухин В.Н. Вариант метода вихрей в ячейках для расчета плоских течений идеальной несжимаемой жидкости // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2011. Т. 51. № 6. С. 1133-1147.
Пухначев В.В. Трехмерная симметричная задача протекания для уравнений Навье -Стокса // Вестник Южно-Уральского гос. университета. Серия «Математическое моделирование и программирование». 2015. Т. 8. № 2. С. 95-104.
 Spherical flow of an ideal fluid in a spatially nonuniform field of force | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2020. № 64. DOI: 10.17223/19988621/64/11

Spherical flow of an ideal fluid in a spatially nonuniform field of force | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2020. № 64. DOI: 10.17223/19988621/64/11

Download full-text version
Counter downloads: 427