Автореферат (1149257), страница 2
Текст из файла (страница 2)
XX школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством акад.РАН А.И. Леонтьева (Звенигород, 2015)2. Международная молодежная конференция ФизикА.СПб (Санкт-Петербург,2015)3. 7th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences andEngineering, ECCOMAS (Греция, 2016)4. Международная молодежная конференция ФизикА.СПб (Санкт-Петербург,2016)5. 11th International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modellingand Measurements (Italy, 2016)6. XXI школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством акад.РАН А.И. Леонтьева (Санкт-Петербург, 2017)7.
Доклад на видеосеминаре по аэромеханике ЦАГИ - ИТПМ СО РАН - СПбПУ- НИИМ МГУ (Санкт-Петербург, 2017)8. Международная молодежная конференция ФизикА.СПб (Санкт-Петербург,2017)Публикации по теме диссертации и личный вклад автораОсновныерезультатыисследований,представленныхвдиссертации,опубликованы в шести научных статьях, список которых приведен в концедиссертации. Эти статьи опубликованы в рецензируемых научных изданиях,определенных ВАК, а четыре из них – в журналах, индексируемых в базе данныхScopus.Вклад диссертанта во все публикации является определяющим. Лично авторомразработана модель SST σ-DDES и гибридная схема для аппроксимации невязких9составляющих векторов потоков в исходных уравнениях переноса, осуществлена ихпрограммная реализация, выполнены соответствующие расчеты, осуществлены ихграфическая обработка и анализ.
Соавторы публикаций – д.ф.-м.н. Стрелец М.Х.и к.ф.-м.н. Гарбарук А.В. – осуществляли консультирование диссертанта по общимвопросам, связанным с моделированием турбулентности, со свойствами численныхалгоритмов и с постановкой рассматриваемых в работе задач. Доктор А. Probstи доктор D. Schwamborn предоставили результаты их расчетов, выполненных в DLRс помощью вычислительного кода TAU, а к.ф.-м.н.
М.Л. Шур и к.ф.-м.н. А.К. Травин- результаты расчетов с помощью зонных гибридных RANS-LES подходов.Эти результатыиспользовалисьавторомдлясравнениясаналогичнымирезультатами, полученными в диссертации.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы,состоящего их 117 наименований. Работа изложена на 134 страницах машинописноготекста, включая 84 рисунка и 2 таблицы.Содержание работыВо введении обоснована актуальность темы, ее научная и практическаязначимость, сформулированы цель и основные задачи исследования.В первой главе представлен обзор существующих незонных гибридных RANSLES подходов к моделированию турбулентности и методов ускорения переходак разрешенной турбулентности в оторвавшихся слоях смешения.В частности, в Разделе 1.1 основное внимание уделяется принципампостроения, а также достоинствам и недостаткам нашедших наиболее широкоепрактическоеприменениегибридныхподходовданногокласса,которыепредставляют собой развитие первого из таких методов Detached Eddy Simulation(DES4), предложенного в 1997г.4Spalart P.R.
и др. Comments on the feasibility of LES for wings, and on a hybrid RANS/LES approach //Proceedings of first AFOSR international conference on DNS/LES. Ruston, Louisiana, USA, 1997. С. 137–14710В рамках DES для описания присоединенного пограничного слоя, населенногоотносительно мелкими универсальными вихревыми структурами, которые достаточноточно описываются полуэмпирическими моделями турбулентности, применяетсяRANS подход. В противоположность этому, в отрывной части потока, населеннойкрупными «отсоединенными» вихрями, принципиально зависящими от конкретнойгеометрии и режима течения, используется LES в сочетании с подсеточной версиейиспользуемой полуэмпирической модели турбулентности.Как показали многочисленные дальнейшие исследования, оригинальная версияDES обладает рядом недостатков. Так, измельчение шагов расчетной сетки в рамкахDES может привести к активации LES моды внутри пограничного слоя, в результатечего точность решения снижается, а при наличии неблагоприятного градиентадавления может происходить даже ложный («индуцированный сеткой») отрывпограничного слоя.
Для устранения этого недостатка и обеспечения работы RANSветвиметодавовсемприсоединенномпограничномслоенезависимоотиспользуемой расчетной сетки был предложен метод Delayed DES (DDES5).В настоящее время этот метод в сочетании c базовой k- Shear Stress Transport (SST)модельюМентера6 считается одним из наиболееэффективныхиширокоиспользуемых гибридных методов расчета отрывных течений. В связи с этимсравнительное исследование эффективности различных путей решения проблемызадержки RANS-LES перехода в оторвавшихся слоях смешения, которая, как ужеотмечалось, является одной из наиболее важных и не до конца решенных проблемнезонных RANS-LES подходов, проведено в диссертации именно в рамках SST DDESподхода.Суть и причины задержки RANS-LES перехода в оторвавшихся слояхсмешения обсуждаются в Разделе 1.2 и состоят в следующем.5Spalart P.R. и др.
A New Version of Detached-eddy Simulation, Resistant to Ambiguous Grid Densities //Theor. Comput. Fluid Dyn. 2006. Т. 20, № 3. С. 181–1956Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA Journal.1994. Т. 32, № 8. С. 1598–160511При высоких числах Рейнольдса пограничный слой перед отрывом являетсятурбулентным,поэтомуоторвавшийсяслойсмешениятакжеоказываетсятурбулентным и населенным достаточно мелкими трехмерными вихрями. Однаков рамках незонных гибридных подходов присоединенный пограничный слойописывается с помощью RANS, то есть не содержит разрешенных турбулентныхструктур и характеризуется высоким уровнем модельной турбулентной вязкости.В результате, на начальном участке слоя смешения, несмотря на формальноепереключение метода в LES моду, отсутствуют разрешенные турбулентныеструктуры.Процесс формирования разрешенных трехмерных турбулентных структурразвивается по сценарию, который формально напоминает сценарий переходак турбулентностивламинарномслоесмешениявследствиенеустойчивостиКельвина-Гельмгольца.
В результате, в расчетах оторвавшийся слой смешениясворачивается с образованием крупных квази-двумерных вихрей, а разрешенныетрехмерные турбулентные структуры появляются лишь на некотором расстоянии отточки (линии) отрыва. Конвекция турбулентной вязкости из RANS подобласти,а также интенсивная генерация «подсеточной» вязкости на начальном участкеоторвавшегося слоя смешения, связанная с сильной анизотропией расчетных сетоки большим градиентом скорости в этой области, приводят к высоким уровням«подсеточной» вязкости, в результате чего формирование разрешенной трехмернойтурбулентности может происходить на достаточно большом расстоянии от отрыва.Это влечет за собой существенное искажение характеристик потока не тольконепосредственно в слое смешения, но и в течении в целом, и для повышения точностирасчета необходимо тем или иным образом сократить длину области перехода отполностью моделируемой турбулентности в RANS подобласти к разрешеннойтурбулентности в LES подобласти.Анализ известных методов решения этой задачи представлен в Разделе 1.3диссертации,являющемсяключевымразделомпервойглавы.Этотанализсвидетельствует о том, что наиболее эффективными из предложенных в настоящеевремя методов являются два подхода, основанных на учете особенностей расчетных12сеток и кинематики течения на начальном участке оторвавшихся слоев смешения,ответственных за высокий уровень подсеточной вязкости в этой области, а именно,сильной анизотропии сеток и квази-двумерного характера течения.В рамках первого метода (Shur, 2015) снижение этого уровня достигается засчет соответствующей модификации определения величины подсеточного масштабатурбулентности, используемого в DES-подобных подходах (максимальный шагячейки расчетной сетки ∆max = max{∆x,∆y,∆z}), вместо которого предлагаетсяиспользовать адаптированный к слоям смешения (Shear-Layer-Adapted) масштаб ∆SLA.В отличие от масштаба ∆max, этот масштаб в квази-двумерных областях потока невключает максимального шага сетки (на начальном участке слоя смешениямаксимальным обычно является шаг в трансверсальном направлении, от которого недолжны зависеть характеристики турбулентности).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
