Диссертация (1149258), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Так, из рисунка 4.8 видно, что вплоть дорасстояния от стенки порядка y+ = 20 схема [17] работает как противопоточная (σ = 1),в результате чего происходит подавление разрешенных турбулентных структур(см. рис. 4.9). В то же время, в рамках предложенной схемы во внутренней областипограничного слоя используется взвесь центрально-разностной и BCD схем, причем вессхемы BCD плавно переходит к нулю, и схема становится центрально-разностнойзначительно ближе к стенке (при y+ порядка 10), что позволяет разрешить более мелкиетурбулентные структуры (рис. 4.9).Рисунок 4.8. Сравнение распределения среднего коэффициента трения, полученного сиспользованием схемы [17] (1) и предложенной схемы (2), с данными RANS расчета икорреляционной зависимостью (слева), а также профили весовой функции в сеченииx = 5δ0 (справа)Рисунок 4.9.

Мгновенные поля модуля завихенности на поверхности пластины,полученные с использованием схемы [17] (сверху) и предложенной схемы (снизу)86Таким образом, тестирование предложенной схемы показало, что она успешноможет быть использована в течениях с массивным отрывом, в течениях с умереннойотрывной областью, а также в безотрывных течениях как в рамках метода DDES, таки в рамках метода IDDES. При этом результаты предложенной схемы либо не уступают,либо превосходят по точности результаты, полученные с использованием схемы [17].87Глава 5.

Результаты расчетов и их анализВ данной главе приведено сравнение результатов расчетов тестовых задач,полученных стандартным SST DDES подходом, DDES в сочетании с подсеточныммасштабом,адаптированнымкслоямсмешения,иσ-DDESподходом,с экспериментальными данными.5.1. Обтекание крылового профиля NACA0021 под углом атаки 60 градусовМгновенная картина обтекания крылового профиля NACA0021 под углом атаки60 градусов представлена в виде полей модуля завихренности на рисунке 5.1.Рисунок 5.1. Мгновенные поля безразмерного модуля завихренности, полученныестандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDESВидно, что все рассматриваемые подходы предсказывают похожую картинутечения: за профилем образуется массивная отрывная зона и вихревая дорожка. Однакопри использовании модифицированных версий DDES процесс сворачивания слоя88смешения, оторвавшегося от передней кромки профиля, происходит несколько раньше,чем при использовании стандартного DDES.

Помимо этого, использование методовускорения перехода от RANS к LES приводит к разрешению более мелкихтурбулентных структур в отрывной зоне.Причиной ускорения турбулизации слоев смешения и разрешения более мелкихструктур в отрывной зоне и следе за профилем является снижение уровня турбулентнойвязкости на начальных участках слоев смешения и в следе, которое обеспечиваетсяприменением методов ускорения RANS-LES перехода и которое можно наблюдать какна мгновенных полях турбулентной вязкости (рис. 5.2), так и на полях осредненнойтурбулентной вязкости (рис 5.3).Рисунок 5.2.

Мгновенные поля безразмерной турбулентной вязкости, полученныестандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDES89Рисунок 5.3. Поля средней безразмерной турбулентной вязкости и линии тока,полученные стандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточныммасштабом ∆SLA, а также методом σ-DDESСредние характеристики течения, полученные рассматриваемыми подходами,близки друг к другу и экспериментальным данным, однако наблюдается некотороепревосходство модифицированных версий DDES над стандартной.

Так, распределениекоэффициента давления по поверхности профиля, полученное DDES подходомв сочетаниисметодамиускоренияRANS-LESпереходалучшесогласуютсяс экспериментальными данными на стороне пониженного давления, (рис. 5.4),а рассогласование предсказанных силы сопротивления и подъемной силы снижается прииспользовании σ-модификации с 4% до 1% и с 4.5% до 2% соответственно, а прииспользовании подсеточного масштаба ∆SLA - до погрешности менее 1% (таблица 5.1).90Рисунок 5.4. Сравнение осредненного коэффициента давления, полученногостандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDES, с экспериментальными даннымиТаблица 5.1.

Сравнение коэффициентов сопротивления (CD) и подъемной силы(CL), полученных стандартным DDES подходом, методом DDES в сочетанииподсеточным масштабом ∆SLA, а также методом σ-DDES, с экспериментальнымиданнымиCDCLDDES1.4550.889DDES, ∆ = ∆SLA1.5250.929σ-DDES1.5020.912эксперимент1.5170.931Влияние методов ускорения RANS-LES перехода в слоях смешения на спектрыподъемной силы также оказалось незначительным, однако видно, что высота основногопика предсказывается методами σ-DDES и DDES в сочетании с масштабом ∆SLA заметноточнее, чем стандартным SST DDES подходом (рис.

5.5).Таким образом, можно заключить, что использование рассматриваемых методовускорения RANS-LES перехода в слоях смешения при расчете течений с массивнымотрывом не только не приводит к каким-либо негативным последствиям, но и позволяетнесколько улучшить согласование результатов расчета с экспериментальными даннымипо сравнению со стандартным DDES подходом.91Рисунок 5.5 Сравнение спектров коэффициента подъемной силы, полученныхстандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDES, с экспериментальными данными925.2. Обтекание двумерной выпуклости на плоской поверхностиВ задаче об обтекании выпуклости на плоской пластине, относящейся к классутечений с локальной отрывной зоной и последующим обратным присоединениемпотока, использование исследуемых методов ускорения RANS-LES перехода слояхсмешения также способствует более быстрому формированию разрешенных структур воторвавшемся от обтекаемой выпуклости слое смешения (рис.

5.6). Помимо этого, как ив предыдущей задаче, модифицированные версии DDES позволяют разрешить болеемелкие турбулентные структуры как в зоне рециркуляции, так и в присоединившимсяниже по потоку пограничном слое.Рисунок 5.6. Мгновенные поля безразмерного модуля завихренности, полученныестандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDESДля того чтобы оценить ускорение перехода к развитой турбулентности в слоесмешенияколичественно, в рамках настоящейработыпроводитсясравнениеполученных в двух точках (x1 = 0.75 c, y1 = 0.1 c и x2 = 1.0c, y2 = 0.08 c) спектровскорости с результатами расчетов зонным RANS-IDDES методом.

Расчеты проводилисьна этой же сетке, поскольку она удовлетворяет всем критериям для проведения LESрасчетов с пристенным моделированием. Интерфейс между RANS и IDDES областяминаходился в сечении x/c = -1.0, где для создания турбулентного контента использовался93генератор синтетической турбулентности [116]. В рамках такого подхода пограничныйслой перед отрывом находится в LES подобласти и населен разрешеннымитурбулентными структурами, и, таким образом, проблема перехода от RANS к LESв оторвавшемся слое смешения в такой постановке отсутствует.Мгновенное поле завихренности, полученное зонным RANS-IDDES методом,представлено на рисунке 5.7, а основные средние характеристики хорошо совпадаютс экспериментальными данными (см.

рис. 5.8 и работу [99]).Рисунок 5.7. Мгновенное поле безразмерного модуля завихренности, полученноезонным RANS-IDDES подходом. Кругами обозначены положения точек, в которыхсобиралась статистика для получения спектров скоростиРисунок 5.8. Сравнение распределения среднего коэффициента трения по поверхности,полученного методом зонный IDDES, с экспериментальными даннымиУскорение процесса формирования трехмерных структур в слое смешениянаходит количественное подтверждение в спектрах пульсаций продольной скорости,представленных на рисунке 5.9, из которого видно, что в точке 1 (x1 = 0.75 c, y1 = 0.1 c)незонные гибридные методы предсказывают несколько пиков в спектрах скорости, в товремя как спектр скорости, полученный зонным методом, гладкий, и имеет выраженныйучасток, соответствующий закону «-5/3».

Пики, наблюдаемые в результатах расчетовнезонными методами, связаны с процессом сворачивания оторвавшегося слоя смешенияи дальнейшим спариванием образовавшихся двумерных вихрей. При этом видно, чтопри использовании методов ускорения RANS-LES перехода положение этих пиков94смещается в сторону высоких частот, что свидетельствует о более раннем началесворачивания слоя смешения. В рассматриваемой точке спектры, предсказанныеметодом DDES в сочетании с адаптированным к слоям смешения подсеточныммасштабом, наиболее близки к результатам зонного метода по уровню пульсацийскорости, в то время как пульсации скорости, предсказанные стандартным DDES,занижены в несколько раз и хуже совпадают с результатами зонного подхода. Спектры впервой точке также свидетельствуют о том, σ-модификация DDES подхода несколькоменее эффективна, чем DDES в сочетании с адаптированным к слоям смешенияподсеточным масштабом.В точке 2 (x2 = 1.0c, y2 = 0.08c) все рассмотренные методы предсказывают оченьблизкие спектры скорости, имеющие ярко-выраженные участки, соответствующиезакону «-5/3», что свидетельствует о том, что в этой точке турбулентность в слоесмешения является развитой и трехмерной.Рисунок 5.9.

Сравнение спектров продольной составляющей скорости, полученныхзонным IDDES подходом и различными версиями незонного DDES, в двух точках(координаты точки p1 - x1 = 0.75 c, y1 = 0.1 c, а точки p2 - x2 = 1.0 c, y2 = 0.08 c)Различия в скорости RANS-LES перехода в слое смешения в результатахрассматриваемых методов связаны, прежде всего, с уровнем моделируемых напряженийна начальном участке слоя смешения. Мгновенные поля турбулентной вязкости,полученные тремя рассматриваемыми подходами, представлены на рисунке 5.10.В областиотрываметодыускоренияRANS-LESпереходаснижаютуровеньтурбулентной вязкости по сравнению со стандартным DDES подходом, причем прииспользовании подсеточного масштаба, адаптированного к слоям смешения, этотэффект более выражен.

Характеристики

Список файлов диссертации