Численное исследование наследственной силы и силы присоединенных масс, действующих на сферическую микрочастицу при поступательном движении, в случае конечных чисел Рейнольдса

В работе проведено исследование составляющих гидродинамической силы (квазистационарной, наследственной сил и силы присоединенных масс) в нескольких случаях поступательного движения сферы при относительно малых числах Рейнольдса ($5<\mathrm{Re}<300$). Рассмотрены стационарное движение, линейно ускоренное движение, равномерное движение сферы после скачкообразного ускорения. Расчет сил, действующих на сферу, проведен с помощью численного решения задачи обтекания. Движение жидкости при этом описывается полной нестационарной системой уравнений Навье–Стокса. Рассматриваются методы выделения различных составляющих гидродинамической силы, а также возможность описания их с помощью упрощенных моделей. Для наследственной силы представлены оценки вклада этой составляющей в суммарное сопротивление для случая скачкообразного изменения скорости движения. Показано, что характер затухания этой составляющей ключевым образом отличается для случаев однонаправленного и реверсивного движения. Для определения силы присоединенных масс предложен универсальный подход, позволяющий выделять эту составляющую для случая больших ускорений. Проведенный на его основе анализ линейно ускоренного движения подтверждает гипотезу о линейном характере силы присоединенных масс, действующей на сферу.