Диссертация (1149258), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

За счет конвективного переноса турбулентных характеристикуровень турбулентной вязкости снижается во всем слое смешения ниже по потоку,в области присоединившегося пограничного слоя и в зоне рециркуляции.95Рисунок 5.10. Мгновенные поля безразмерной турбулентной вязкости, полученныестандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDESСледуетотметитьтакже,чтотурбулентнаявязкость,предсказаннаямодифицированными подходами, снижена во внешней части пограничного слоя доотрыва, то есть в области, в которой должна использоваться RANS ветвь подхода DDES.При этом вязкость σ-DDES подхода в этой области гораздо ближе к вязкостистандартного DDES подхода, чем вязкость, полученная методом DDES в сочетаниис масштабом ∆SLA. Это связано с уже указанным в разделе 2.3.2 более выраженнымвлиянием подсеточного масштаба, адаптированного к слоям смешения, на качество«защиты» пограничного слоя от переключения в LES моду.

Тем не менее, это снижениевязкости не приводит к изменениям предсказанного коэффициента трения (см. далеерис. 5.12). Описанная разница в уровне турбулентной вязкости видна и на среднихполях турбулентной вязкости (рис. 5.11).96Рисунок 5.11. Поля осредненной безразмерной турбулентной вязкости, полученныестандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDESРезультатомсокращенияучасткаRANS-LESпереходасталоулучшениесогласования средних и пульсационных характеристик течения с экспериментальнымиданными (рис.

5.12-5.15). В частности, распределение коэффициентов трения и давленияв зоне рециркуляции и во вновь присоединившемся пограничном слое (рис. 5.12),а также длина зоны рециркуляции (таблица 5.2) предсказываются модифицированнымиподходами точнее, чем стандартным DDES подходом. Рассогласование предсказанногоположенияточкиобратного присоединенияоторвавшегосяпограничного слояс экспериментом при использовании σ-модификации уменьшилось с 6.6% до 5%, а прииспользовании подсеточного масштаба, адаптированного к слоям смешения, -до 4%.Таким образом, в данной задаче, как и в задаче об обтекании крылового профиля,использование подсеточного масштаба, адаптированного к слоям смешения, оказалосьнесколько эффективнее, чем σ-модификация подсеточной модели.97Рисунок 5.12.

Сравнение осредненных коэффициентов трения (слева) и давления(справа), полученных стандартным DDES подходом, методом DDES в сочетанииподсеточным масштабом ∆SLA, а также методом σ-DDES, с экспериментальнымиданнымиТаблица5.2.Сравнениекоординатточкиприсоединенияоторвавшегосяпограничного слоя, полученных стандартным DDES подходом, методом DDESв сочетанииподсеточныммасштабом∆SLA,атакжеметодомσ-DDES,с экспериментальными даннымиx-координатаприсоединенияточкиОтносительнаяпогрешность, %Эксперимент [95]1.11-DDES1.1836.6DDES ∆SLA1.1554.1σ-DDES1.1665.0Профили средней скорости, представленные на рисунке 5.13, свидетельствуюто том, что применение методов ускорения RANS-LES перехода в данной задаче заметновлияет на точность предсказания средней скорости только вблизи отрыва (сеченияx = 0.8c, x = 0.9c), в то время как ниже по потоку результаты расчетов всеми методамипрактически совпадают.98Рисунок 5.13.

Сравнение профилей осредненной продольной скорости, полученныхстандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDES, с экспериментальными данными (см. обозначения нарис. 5.12)Более существенно влияние исследуемых модификаций проявляется припредсказании пульсационных характеристик в оторвавшемся слое смешения, особеннона начальном его участке. Так, уровень разрешенных рейнольдсовых напряжений(рис.

5.14, 5.15), предсказанных стандартным методом DDES, заметно занижен посравнению с экспериментальными данными вследствие небольшой задержки RANS-LESперехода, в то время как применение модифицированных подходов сокращает эторассогласование.Рисунок 5.14. Сравнение профилей разрешенных нормальных рейнольдсовыхнапряжений, полученных стандартным DDES подходом, методом DDES в сочетанииподсеточным масштабом ∆SLA, а также методом σ-DDES, с экспериментальнымиданными (см. обозначения на рис. 5.12)99Рисунок 5.15.

Сравнение профилей разрешенных касательных рейнольдсовыхнапряжений, полученных стандартным DDES подходом, методом DDES в сочетанииподсеточным масштабом ∆SLA, а также методом σ-DDES, с экспериментальнымиданными (см. обозначения на рис. 5.12)Таким образом, как и в задаче об обтекании крылового профиля, обемодификации DDES подхода ускоряют RANS-LES переход в слоях смешения, чтоприводит к более точному предсказанию средних и пульсационных характеристиктечения, причем использование подсеточного масштаба, адаптированного к слоямсмешения оказалось несколько эффективнее, чем σ-модификация подсеточной моделиметода.5.2.1. Влияние шага сетки в поперечном направленииВ представленных выше результатах эффект применения обеих модификацийвесьма незначительный, поскольку и стандартная версия DDES позволяет получитьблизкое к эксперименту решение на использованной сетке.

Следует отметить, однако,что использованная в расчетах сетка была достаточно мелкой и имела практическикубические ячейки в слое смешения даже вблизи отрыва. В инженерной практике расчетна таких сетках, как правило, невозможен, особенно при использовании квазиструктурированных расчетных сеток.

Обычно шаги сетки в направлении, поперечномплоскости развития слоя смешения, существенно превышают шаги сетки в другихнаправлениях, а зачастую и толщину самого слоя смешения.В связи с этим в настоящей работе был проведен анализ чувствительностирассматриваемых подходов к размеру шага сетки в поперечном направлении, в рамкахкоторого были проведены расчеты обтекания выпуклости на плоской поверхности насетке, шаг ∆z которой был увеличен в два раза (∆z = 0.01 с) по сравнению с шагом ∆zстандартной сетки (∆z = 0.005 с).100Как видно из рисунков 5.16-5.17, увеличение шага сетки в трансверсальномнаправлении приводит к существенному ухудшению средних результатов, полученныхстандартной версией DDES.

В то же время, результаты DDES в сочетании методамиускоренияRANS-LESпереходапрактическинеменяютсяисовпадаютс экспериментальными данными с высокой точностью.Рисунок 5.16. Сравнение осредненного коэффициента трения полученного тремяверсиями DDES на стандартной сетке и сетке с загрубленным два раза поперечнымшагом сетки («coarse»), с экспериментальными даннымиРисунок 5.17. Сравнение профилей осредненной продольной составляющей скорости,полученных методом DDES в сочетании подсеточным масштабом ∆SLA, а также методомσ-DDES на двух сетках (см. обозначения на рис.

5.16), с экспериментальными даннымиПричина падения точности результатов стандартного DDES подхода призагрублении сетки – увеличение области RANS-LES перехода, в которой слой смешенияоказывается практически стационарным и не содержит разрешенных турбулентныхструктур (рис. 5.18), что связано с увеличением подсеточного масштаба ∆max в два разаи соответствующим ростом турбулентной вязкости (рис. 5.19).101Рисунок 5.18. Изоповерхности Q критерия, окрашенные величиной продольнойскорости и полученные стандартным DDES подходом, методом DDES в сочетанииподсеточным масштабом ∆SLA, а также методом σ-DDES на грубой сеткеТаким образом, можно заключить, что использование методов ускорения RANSLES перехода снижает требования к используемым расчетным сеткам и позволяетполучать результаты высокой точности при меньших численных затратах, чемстандартный DDES подход.102Рисунок 5.19.

Поля осредненной безразмерной турбулентной вязкости, полученныестандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDES на грубой сетке1035.3. Течение в канале за обратным уступомЧисленное моделирование течения в канале за обратным уступом показало, чтохарактерная для DDES задержка развития трехмерных структур в слоях имеет местои в этом течении.

Так, из представленных мгновенных полей модуля завихренности(рис. 5.20) видно, что на достаточно протяженном участке (порядка 2 H) в слоесмешения, оторвавшемся от уступа, не имеется разрешенных турбулентных структур,течение в этой области квази-двумерное, а толщина слоя смешения практическине меняется. Совершенно другая картина наблюдается в результатах DDES в сочетаниис методами ускорения RANS-LES перехода: за счет снижения турбулентной вязкостив оторвавшихся слоях смешения (рис. 5.21) разрешенные турбулентные структурыпоявляются раньше.

Кроме того, как в зоне рециркуляции, так и в присоединившемсяниже по потоку пограничном слое разрешаются более мелкие турбулентные структуры.Рисунок 5.20. Мгновенные поля безразмерного модуля завихренности, полученныестандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDES104Рисунок 5.21.

Мгновенные поля безразмерной турбулентной вязкости, полученныестандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDESРезультатом применения рассматриваемых подходов к ускорению турбулизациислоев смешения стало заметное улучшение согласования средних характеристиктечения с экспериментальными данными. Так, использование модифицированныхверсий позволило точнее предсказать длину рециркуляционной зоны за уступоми распределение коэффициента трения вдоль нижней стенки канала как в зонерециркуляции, так и в области вновь присоединившегося пограничного слоя (рис.

5.22).При этом результаты расчетов с использованием DDES в сочетании с подсеточныммасштабом, адаптированным к слоям смешения, и σ-DDES подхода практическисовпадают.Сравнение профилей скорости, полученных в расчетах, с экспериментальнымиданными позволяет сделать вывод о том, что обе модифицированные версии DDES либопревосходят, либо не уступают по точности стандартному DDES методу, в результатахкоторого средняя скорость в пристенной области оказывается заниженной (рис. 5.23).105Рисунок 5.22.

Характеристики

Список файлов диссертации