Modeling the Motion of an Elongated Contour under Free Surface of a Heavy Fluid under Large Froude Numbers
- Authors: Filippov S.I.1
-
Affiliations:
- Kazan Innovation University
- Issue: Vol 63, No 11 (2023)
- Pages: 1926-1935
- Section: Mathematical physics
- URL: https://gynecology.orscience.ru/0044-4669/article/view/664958
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044466923110121
- EDN: https://elibrary.ru/KJGDUL
- ID: 664958
Cite item
Abstract
The flow around an elongated smooth contour under the free surface of a fluid is considered. The fluid is perfect, incompressible, and heavy. The critical flow branching and flow shedding points are located on the contour. The depth of the contour immersion and its length are given. It is assumed that the velocity magnitude on the free surface is close to its value in the undisturbed flow. A nonlinear approximation of the Bernoulli integral on the free surface associated with logarithm is used. Two auxiliary planes in which the flow domain is a half-plane with an excluded circle and an annular region are used. The complex potential is determined in the first parametric plane using a conformal mapping onto the annular region. A system of equations is derived for finding the defining parameters. This system is solved using the minimization of a functional and an iteration method over two sets of parameters. An algorithm and computer program for solving this system are developed. The hydrodynamic characteristics of a specific hydrofoil are computed. Results for the coefficients of wave drag, lift force, moment, and position of the contour center are analyzed depending on the Froude number and circulation of different signs. Examples of computations of nonlinear waves formed on the free surface at significant Froude numbers are given.
About the authors
S. I. Filippov
Kazan Innovation University
Author for correspondence.
Email: sf759@bk.ru
420111, Kazan, Russia
References
- Filippov S.I. Flow past a submerged hydrofoil // Fluid Dynamics. 2001. V. 36. № 3. P. 489–496.
- Кириллин К.В., Филиппов С.И. Обтекание крылового профиля над границей раздела двухслойной весомой жидкости при наличии свободной поверхности и твердого дна // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2010. Т. 50. № 9. С. 1632–1639.
- Киселев О.М., Котляр Л.М. Нелинейные задачи теории струйных течений тяжелой жидкости. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1978. 156 с.
- Киселев О.М., Троепольская О.В. О поступательном движении цилиндра под свободной поверхностью // Изв. РАН. МЖГ. 1996. № 6. С. 9–22.
- Киселев О.М., Филиппов С.И. Движение подводного контура при больших числах Фруда и малом погружении // Тр. Матем. центра им. Н.И. Лобачевского. Казань: Унипресс, 1999. Т. 3. С. 106–116.
- Kiselev O.M., Filippov S.I. Motion of a cylinder below the free surface of a fluid at large Froude numbers // Fluid Dynamics. 2000. V. 35. № 4. P. 496–506.
- Филиппов С.И. Моделирование движения подводного эллиптического контура при больших скоростях // Вестник Казанского технологического ун-та. 2021. Т. 24. № 9. С. 65–69.
- Филиппов С.И. Движение гладкого вытянутого контура при больших числах Фруда // Материалы XXII НТК по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС’21). М.: Изд-во МАИ, 2021. С. 473–474.
- Милн-Томсон Л.М. Теоретическая гидродинамика. М.: Мир, 1964. 656 с.
Supplementary files
