Диссертация (1149258), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Сравнение осредненного коэффициента трения, полученного стандартнымDDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом ∆SLA, а такжеметодом σ-DDES, с экспериментальными даннымиРисунок 5.23. 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. 5.22)Что касается согласования пульсационных характеристик течения, то во всехрассмотренных сечениях, кроме сечения x = 3.2 H, модифицированные версии DDESв точнее предсказывают величину и положение пиков профилей напряжений (рис.
5.24).Таким образом, можно заключить, что в задаче о течении в канале с внезапнымрасширением обе рассмотренные модификации DDES позволили ускорить RANS-LESпереход в оторвавшемся от уступа слое смешения, что повысило точность предсказаниякак средних, так и пульсационных характеристик течения.106Рисунок 5.24. Сравнение профилей пульсаций продольной скорости, полученныхстандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDES, с экспериментальными данными (см. обозначения нарис.
5.22)Наконец, при расчете течения за уступом, как и в задаче об обтекании выпуклостина пластине, увеличение шага сетки в поперечном направлении в 2 раза практически несказалось на точности результатов DDES подхода в сочетании с методами ускоренияRANS-LES перехода, в то время как результаты стандартного DDES подхода оказалисьвесьма чувствительными к этому параметру (рис. 2.25).Рисунок 5.25. Сравнение осредненного коэффициента трения, полученного стандартнымDDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом ∆SLA, а такжеметодом σ-DDES на стандартной сетке и сетке с загрубленным два раза поперечнымшагом сетки («coarse»), с экспериментальными данными1075.4. Сверхзвуковое продольное обтекание цилиндра с донным срезомЗадача о продольном обтекании цилиндрического тела с донным срезомотличается от предыдущих рассмотренных задач, прежде всего, существеннойсжимаемостью и сверхзвуковым характером течения.
Кроме того, слой смешения,срывающийся с кромки донного среза, является цилиндрическим, а не плоским.Мгновенная картина течения представлена на рисунке 5.26 в виде полей модулязавихренности.Рисунок 5.26. Мгновенные поля безразмерного модуля завихренности, полученныестандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDESВидно, что применение стандартного DDES подхода приводит к стационарному,RANS-подобному решению в области слоя смешения, а разрешенные турбулентныеструктуры имеются только в зоне рециркуляции и в следе за телом на расстояниипорядка трех радиусов от донного среза. В противоположность этому, применениерассматриваемых методов ускорения RANS-LES перехода приводит к значительноболее быстрому развитию численно разрешаемых турбулентных структур в слоесмешения и разрешению более мелких вихрей в зоне рециркуляции и следе за телом.108Можно заметить также, что в данной задаче использование подсеточного масштаба,адаптированного к слоям смешения, заметно более эффективно, чем σ-модификацияподсеточной модели DDES.Представленные на рисунке 5.27 поля производной плотности, так называемыечисленные шлиррен картины, также свидетельствуют о различиях в структуре течения,предсказанной стандартным DDES подходом и его модифицированными версиями.Рисунок 5.27.
Мгновенные поля ∂ρ/∂x полученные стандартным DDES подходом(сверху), методом DDES в сочетании подсеточным масштабом ∆SLA (в центре), а такжеσ-DDES подходом (снизу)За счет наличия в результатах DDES в сочетании с методами ускорения RANSLES перехода нестационарных вихрей в слое смешения и их взаимодействия с внешнимсверхзвуковым потоком, образуются волны, которых не видно в результатахстандартного DDES. Кроме того, более четко разрешается скачок уплотнения,возникающий в области формирования следа за зоной рециркуляции.
Следует отметить,что качественно эти картины лучше согласуются с результатами [102], полученными насущественно более мелкой сетке (рис. 5.28).109Рисунок 5.28. Мгновенные поля ∂ρ/∂x полученные методом ZDES в работе [102]Ускорение формирования трехмерных структур в слоях смешения достигается засчет значительного снижения турбулентной вязкости, и, как и в предыдущих задачах,эффект использования подсеточного масштаба, адаптированного к слоям смешения,более значительный, чем при использовании σ-модификации (рис. 5.29).Рисунок 5.29.
Мгновенные поля безразмерной турбулентной вязкости, полученныестандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDESТакая разница в структуре течения и в скорости формирования трехмерныхструктур, полученная при использовании рассмотренных подходов, существенно влияети на средние характеристики течения. Так, одна из основных характеристик данноготечения, распределение давления по донному срезу цилиндрического тела, более точно110предсказывается модифицированными версиями DDES, причем наиболее точно онопредсказывается методом σ-DDES (рис. 5.30).Рисунок 5.30. Сравнение радиального распределения коэффициента давления (слева)и распределения скорости на оси (справа), полученных стандартным DDES подходом,методом DDES в сочетании подсеточным масштабом ∆SLA, а также методом σ-DDES,с экспериментальными даннымиСредняяскорость,предсказаннаямодифицированнымиподходами,такжепревосходит по точности результаты стандартного метода DDES.
Это видно как израспределения скорости на оси (рис. 5.30), так и из профилей скорости (рис. 5.31).Однако вблизи среза в зоне рециркуляции скорость обратного натекания, полученнаяметодом DDES с использованием масштаба ∆SLA, оказалось существенно завышена,а результаты стандартного DDES подхода и σ-модификации лучше согласуютсяс экспериментальными данными. Далее вниз по потоку (при x/R > 2) предпочтительнымоказывается использование DDES в сочетании с линейным подсеточным масштабом∆SLA, в результатах которого длина рециркуляционной зоны и скорость в следепредсказываются точнее, чем стандартным DDES и его σ-модификацией, и практическисовпадают с экспериментом.
При этом во всем слое смешения средняя скоростьпредсказывается точнее именно модифицированными версиями DDES.Причины завышения скорости в зоне рециркуляции при использовании DDESв сочетании с методами ускорения RANS-LES перехода до конца не ясны. Однакоследует отметить, что тенденции к завышению скорости обратного натекания потока настенку донного среза встречается и в других работах (см., например, работу [11]).111Рисунок 5.31. Сравнение профилей осредненной продольной скорости, полученныхстандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDES, с экспериментальными данными (обозначения см.
нарис. 5.30)Наконец, сравнение пульсационных характеристик, полученных различнымиверсиями DDES, с экспериментальными данными проводится на примере профилейполных касательный напряжений (рис 5.32). Видно, что применение методов ускоренияRANS-LES перехода в слоях смешения приводит к существенному улучшениюсогласования предсказаний как положений пиков напряжений, так и их значенийс экспериментом, однако заметное рассогласование с экспериментальными данными всеже сохраняется.2Рисунок 5.32. Сравнение полных касательных напряжений ( U 'V ' U 0 ), полученныхстандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDES, с экспериментальными данными (обозначения см.
нарис. 5.30)112В целом можно заключить, что в данной задаче применение методов ускоренияRANS-LES перехода приводит к улучшению согласования основных характеристикс экспериментом. При этом использование подсеточного масштаба, адаптированногок слоям смешения, приводит к завышению скорости обратного натекания на донныйсрезцилиндра,и,такимобразом,впридоннойобластиследа(x/R < 2)предпочтительной оказывается σ-DDES модель. Далее вниз по потоку более точнымиоказались результаты DDES в сочетании с линейным подсеточным масштабом ∆SLA,причем в этой области превосходство последней проявляется весьма существенно.1135.5.
Трансзвуковое обтекание прямоугольной каверны на плоской стенкеЗа счет снижения уровня турбулентной вязкости (рис. 5.33) при использованииметодов ускорения RANS-LES перехода в задаче об обтекании прямоугольной каверныразрешенные турбулентные структуры в слое смешения формируются практическисразу после отрыва, а внутри каверны разрешаются более мелкие турбулентныеструктуры (рис. 5.34).Рисунок 5.33. Мгновенные поля безразмерной турбулентной вязкости, полученныестандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDESРисунок 5.34.
Мгновенные поля безразмерного модуля завихренности, полученныестандартным DDES подходом, методом DDES в сочетании подсеточным масштабом∆SLA, а также методом σ-DDES114Поскольку в эксперименте не производились измерения средней скоростив каверне, результаты расчетов, полученных в настоящей работе, сравниваютсяс результатами LES расчета данного течения, опубликованными в работе [117]. Каквидно из сравнения профилей скорости в каверне, представленных на рисунке 5.35,вблизи отрыва (сечения x = 2H и x = 6H) все рассматриваемые методы занижаютскорость в пристенной области каверны по сравнению с результатами LES, при этомнаилучшее согласование с данными LES в этой области обеспечивает DDES в сочетаниис подсеточным масштабом ∆SLA.
В центре каверны и вблизи ее задней стенки (сеченияx = 10H и x = 14H) оба модифицированных подхода превосходят по точностистандартную версию DDES, однако имеется заметное превосходство σ-DDES подходанад DDES в сочетании с подсеточным масштабом ∆SLA.Рисунок 5.35. Сравнение профилей средней скорости в центральной секции каверныв четырех сечениях, полученных стандартным DDES подходом, DDES в сочетаниис подсеточным масштабом, адаптированным к слоям смешения, а также σ-DDESподходом, с результатами LES [117]Предсказанный всеми методами уровень акустической нагрузки на дне кавернызавышен по сравнению с экспериментальными данными (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
