Диссертация (1149258), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

РАН А.И. Леонтьева (Звенигород, 2015), международноймолодежнойконференцииФизикА.СПб(Санкт-Петербург,2015),европейскойконференции по вычислительным технологиям в прикладной науке и инженерииECCOMAS (Греция, 2016), международной молодежной конференции ФизикА.СПб(Санкт-Петербург, 2016), международном симпозиуме ETMM (Engineering TurbulenceModelling and Measurements, Italy, 2016), XXI школе-семинаре молодых ученыхи специалистов под руководством акад.

РАН А.И. Леонтьева (Санкт-Петербург, 2017),видеосеминаре по аэромеханике ЦАГИ - ИТПМ СО РАН - СПбПУ - НИИМ МГУ(Санкт-Петербург, 2017), международной молодежной конференции ФизикА.СПб(Санкт-Петербург, 2017).Публикации по теме диссертации и личный вклад автораОсновныерезультатыисследований,представленныхвдиссертации,опубликованы в шести научных статьях, список которых приведен в конце диссертации.Эти статьи опубликованы в рецензируемых научных изданиях, определенных ВАК,а четыре из них – в журналах, индексируемых в базе данных Scopus.Вклад диссертанта во все публикации является определяющим. В частности,лично автором разработана модель SST σ-DDES и гибридная схема для аппроксимацииневязкихсоставляющихвекторовпотоковвисходныхуравненияхпереноса,осуществлена их программная реализация, выполнены соответствующие расчетыи осуществлены их графическая обработка и анализ.

Соавторы публикаций – д.ф.-м.н.Стрелец М.Х. и к.ф.-м.н. Гарбарук А.В. – осуществляли консультирование диссертантапо общим вопросам, связанным с моделированием турбулентности, со свойствамичисленных алгоритмов и с постановкой рассматриваемых в работе задач. Доктор12А. Probst и доктор D. Schwamborn предоставили результаты их расчетов, выполненных вDLR с 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. Этирезультаты использовались автором для сравнения с аналогичными результатами,полученными в диссертации.Результаты и положения, выносимые на защиту«Матрица» тестовых течений, позволяющая провести всестороннюю оценкуэффективности методов ускорения перехода к численно разрешаемым турбулентнымструктурам в оторвавшихся слоях смешения.Новая незонная гибридная RANS-LES модель SST σ-DDES, обеспечивающаязначительноеускорениеформированияразрешаемыхтурбулентныхструктурв оторвавшихся слоях смешения.Новая гибридная численная схема, обеспечивающая повышение устойчивость инизкую диссипативность вычислительного алгоритма в рамках незонных гибридныхRANS-LES подходов.Новыерезультатырасчетовотрывныхтеченийвсопоставлениис экспериментальными данными.Результаты детального сравнительного анализа эффективности различныхметодов, обеспечивающих ускорение RANS-LES перехода в оторвавшихся отобтекаемой поверхности слоях смешения при проведении расчетов в рамках незонныхгибридных RANS-LES моделей турбулентности.Структура работыДиссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы.В главе 1 представлен обзор существующих незонных гибридных RANS-LESподходов к моделированию турбулентности и методов ускорения перехода к численноразрешаемой турбулентности в оторвавшихся слоях смешения в рамках таких подходов.В главе 2 описана математическая формулировка рассматриваемых методов.В частности, в разделе 2.1 приведены уравнения движения, в разделе 2.2 математическая формулировка стандартного (использующего линейный подсеточныймасштаб max) метода SST DDES, а в разделах 2.3 и 2.4 – формулировки разработанного13в диссертации метода SST -DDES и метода DDES в сочетании с адаптированным кслоям смешения посеточным масштабом SLA.Глава 3 посвящена формированию тестовой базы для оценки возможностей двухвыбранных на основе анализа, проведенного в Главе 1, методов ускорения RANS-LESперехода в оторвавшихся слоях смешения.

Для всех тестовых течений, включенныхв эту базу, сформулированы соответствующие математические постановки задач.В частности, описаны конфигурации используемых расчетных областей, граничныеусловия и расчетные сетки.Глава 4 содержит формулировку предлагаемой схемы аппроксимации невязкихпотоков для гибридных RANS-LES подходов (раздел 4.1) и результаты ее тестирования(раздел 4.2).В главе 5 подробно представлены и проанализированы результаты расчетовтестовых течений, полученные с использованием разработанной численной схемыв рамках стандартного SST DDES и его модификаций с применением двух выбранныхметодов ускорения RANS-LES перехода в оторвавшихся слоях смешения.В заключении сформулированы основные результаты диссертации.14Глава 1.

Существующие методы ускорения перехода от моделируемойк численно разрешаемой турбулентности в оторвавшихся слоях смешенияВ данной главе рассмотрены причины задержки перехода от полностьюмоделируемой к численно разрешаемой турбулентности в оторвавшихся слояхсмешения, наблюдаемой при расчете отрывных течений в рамках так называемыхнезонных, или DES-подобных, гибридных RANS-LES подходов, и проведен анализсуществующих в настоящее время путей решения этой проблемы.Однако прежде чем приступить к рассмотрению этих вопросов, необходимократко остановится на описании работы незонных гибридных моделей.1.1.

Краткий обзор незонных гибридных подходов к расчету отрывных теченийК незонным RANS-LES подходам относят методы, в рамках которых разделениена RANS и LES подобласти происходит автоматически на основе текущего решения,расстояния до стенки и используемой расчетной сетки. При этом уравнения длятурбулентных характеристик решаются во всей области с использованием единоймодели, которая работает как RANS модель в одних подобластях расчетной области иликак ее подсеточный аналог в других [13].Как уже отмечалось во Введении, один из первых глобальных RANS-LESподходов к моделированию турбулентности, DES, был предложен в 1997г. в работе [2].Ключевая идея этого метода состоит в использовании RANS для описанияприсоединенного пограничного слоя, населенного относительно мелкими (порядкатолщины пограничного слоя) универсальными вихревыми структурами, а LES –в отрывнойчастипотока,населеннойкрупнымивихревымиструктурами,принципиально зависящими от конкретной геометрии и режима течения.

В работе [2]была предложена исключительно простая процедура реализации данной идеи, котораязаключается в модификации RANS модели турбулентности в ее подсеточную версиюв областях, в которых сетка оказывается достаточно мелкой для проведения LES. Дляэтого в уравнениях переноса турбулентных характеристик RANS модели производитсязамена линейного масштаба турбулентности LRANS, который явно или неявноприсутствуетвлюбоймоделитурбулентности,нановыймасштаб15LDES = min(LRANS, CDES∆), который автоматически обеспечивает функционированиемодели в LES моде на достаточно мелких сетках (CDES∆ < LRANS).

Здесь CDES – константаметода, ∆ - линейный подсеточный масштаб.В оригинальной статье [2] предложенная авторами идея была реализованана основе модели Спаларта-Аллмараса [14] (Spalart-Allmaras, SA), в которой линейныммасштабом турбулентности LRANS выступает расстояние до стенки dw. Замена этогомасштаба на гибридный LDES = min(dw, CDES∆) проводится во всех слагаемых уравненияпереноса модифицированной вязкости в которые входит dw, а в качестве подсеточногомасштаба предложено использовать максимальный шаг сетки (∆ = max{∆x,∆y,∆z}).Константа CDES для SA DES подхода была получена на основе расчета затуханияоднородной изотропной турбулентности в работе [3].Благодаря простоте реализации DES, а также впечатляющим результатам первыхрасчетов, выполненных с его помощью ([3-5]), этот метод быстро приобрелпопулярность, и в настоящее время он внедрен во все основные промышленныеи коммерческиевычислительныекоды,предназначенныедлярасчетазадачгидродинамики.Поскольку в рамках концепции DES подхода присоединенный пограничный слойвплоть до точки отрыва находится в RANS подобласти, свойства используемой базовоймодели турбулентности наследуются DES методом, и ее выбор может существенновлиять на результаты расчета, в частности на положение отрыва.

В связи с этим былопредложено несколько версий DES, построенных на различных базовых моделяхтурбулентности. Так, в работе [15] был предложен DES-подобный метод (X-LES)на базе TNT k-ω модели турбулентности [16], в работе [17] – DES на базе моделиМентера SST [18], а в работе [19] – на основе явной алгебраической моделирейнольдсовых напряжений LL-k-ε [20].Обзор метода DES, проведенный, например, в работе [6], позволяет судитьо широте его применения и тестирования, проведенного различными научнымигруппами.Так,примерыегоуспешногоприменения,демонстрирующиеегопреимущество перед RANS моделями, включают расчеты течений в различных кавернахв широком диапазоне чисел Маха ([21-23]), обтекания автомобилей ([24-28]), шассисамолетов [29], ракет ([30], [31]), трехэлементных крыловых профилей [32], течений16с активным управлением отрывом пограничного слоя ([33], [34]), а также течениев области сочленения крыла и фюзеляжа самолета [35].Активное использование метода DES позволило не только подтвердитьего достоинства, но и выявить некоторые недостатки.

В частности, в ряде приложенийбыло обнаружено, что при уменьшении шагов сетки в тангенциальных к обтекаемойповерхности направлениях ниже некоторого предела (LRANS > CDES∆) происходитпереключение метода DES в LES моду внутри присоединенного пограничного слоя, чтоприводит к занижению моделируемых напряжений. Данный дефект, получившийв литературеназвание«истощениемодельныхнапряжений»(«Modeled-StressDepletion», [36]) и являющийся проявлением проблемы «серой области» в пристенныхобластях потока, может приводить к таким неприятным явлениям как «сдвиглогарифмических участков» профиля скорости в пограничном слое («Log LayerMismatch», [6]) и «отрыв, вызванный сеткой» («Grid-Induced Separation», [37]),в течениях с неблагоприятным градиентом давления.Естественным способом решения проблемы истощения модельных напряженийявляется обеспечение работы RANS ветки метода DES во всем пограничном слоенезависимо от используемой сетки.

Характеристики

Список файлов диссертации