Автореферат (786470), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В ходеисследований получено, что в случае угла 38º k-ω модель Wilcox со сжимаемой диссипациейDash et.al. (1993) и k-ε модель Herrero et.al. (1991) со сжимаемой диссипацией Sarkar et.al.16согласуются с экспериментом по величине и положению скачка давления, но длинаотрывнойобластидовольнозначительнозавышена.Прииспользованиивысокорейнольдсовых моделей возникла необходимость адаптации сетки в окрестностиотрыва (дополнительное сгущение вблизи точки присоединения по нормали к стенке).
Нарис. 8 представлено статическое давление, рассчитанное по высокорейнольдсовым моделямтурбулентности. Видно, что k-ε-μt модель достаточно точно предсказывает значениедавления в отрывном пузыре, приводит к более раннему отрыву и более позднему скачкудавления, в то время как k-ε модель Chen, напротив, приводит к позднему отрыву и занижаетзначение скачка давления. По сравнению со «стандартной» k-ε моделью предложенная k-ε-µtмодель значительно лучше предсказывает точку отрыва потока от стенки, и восстановлениедавления за отрывом.Рис. 7.
Распределение статического давления вдоль стенки, сжимающий угол 24º .17Рис. 8. Статическое давление вдоль стенки 38º, высокорейнольдсовые модели.Трехпараметрические k-ω-µt и k-ε-µt модели были применены для моделированиясверхзвукового течения воздуха в воздухозаборнике (эксперимент Herrmann, Koschel,2002) при M=2.5. Сравнение шлирен-фотографии с результатами численного моделированияпоказывает (рис. 9), что картина течения воспроизведена с хорошей точностью и непроисходит расхождения по положению отраженных скачков на протяжении всего течения вканале. Сравнение производится по k-ω-µt модели, но и аналогичное сопоставлениерезультатов по k-ε-µt модели показывает, что картина течения не уступает результатам по kω-µt модели.Статическое давление на верхней (рис.
10 а) и нижней (рис. 10 б) поверхностяхвоздухозаборника указывает на количественное соответствие экспериментальным данным впределах погрешности как для k-ε-µt, так и для k-ω-µt моделей.Рис. 9. Цветная шлирен-фотография внутри возухозаборника (внизу) и поле модуляградиента плотности в расчете с использованием k-ω-µt модели (вверху).Рис. 10. Распределение статического давления а) по верхней поверхности; б) по нижнейповерхности воздухозаборника. Красная линия - k-ε-µt, синяя - k-ω-µt модель.Вглаве5содержатсярезультатыпроведенногочисленногомоделированиянестационарного течения внутри мелкой каверны и отсеке ЛА.
В настоящее время течениямив кавернах занимаются огромное количесвтво ученых, например, М. А. Антонов, А. Д.Савельев, И. А. Граур, Л. В. Косарев, Б. Н. Четверушкин, А.И., Гувернюк С.В., Зубков А.Ф.,Симоненко М.М., Швец А.И., Миронов Д.С., Лебига В.А., Зиновьев В.Н., Пак А.Ю., N.J.Lawson, U.Z. Afridi, Schmid S., Lutz T., Kramer E и многие другие. В настоящей работе18проведено моделирование течения в прямоугольной каверне (с «открытым» типом течения икаверны с крышками) с использованием двумерного и трехмерного программныхкомплексов расчета турбулентных течений. В качестве одного из тестовых взято течение вкаверне с M=0.85 (Afridi, 2012, размеры: длина L=0.508 м, глубина D=0.1016 м, ширинаW=0.101608 м).
На рис. 12 красные сплошные линии соответствуют первым четырем модампо теории Rossiter J.E. (1964), рассчитанным для данной задачи, кривая – полученныйрасчетный спектр. Видно достаточно хорошее (в пределах 10%) совпадение расчетныхпервых четырех дискретных тонов с модами Rossiter.Рис. 12. Спектр пульсаций давления у передней кромки прямоугольной каверны.Для актуальной задачи определения пульсаций давления в отсеке ЛА проведеномоделирование обтекания каверны с плоским люком и разными значениями размераотверстия в люке H (2*D, 3*D, 4*D), с люком в виде дуги окружности с двумя положениямиотверстия.
Результаты расчетов показывают, что с помощью изменения геометрии люкаможно смещать резонансные частоты в требуемую сторону.ЗАКЛЮЧЕНИЕ1. Рассмотрена k-ω-µt модель турбулентности. Предложено учитывать зависимостьвремени релаксации в уравнении для неравновесной турбулентной вязкости отхарактерных масштабов времени неравновесности турбулентности,градиентатурбулентного давления и вязких эффектов. Предложен возможный вид зависимостивремени релаксации от перечисленных масштабов времени.2. Разработана трехпараметрическая k-ε-µt модель турбулентности.3.
Исследовано поведение неравновесной турбулентной вязкости в случае затуханияоднородной изотропной турбулентности. Показано, что неравновесная турбулентнаявязкость монотонно стремится к равновесной при любом начальном отклонении.194. Исследовано взаимодействие затухающей турбулентности с ударной волной. поразличным вариантам k-ε модели, k-ω модели и трехпараметрическим моделямтурбулентности. Показано: а) рассмотренные модели не способны правильнопредсказать резкое возрастание и падение турбулентности вблизи ударной волны, б)на правильное предсказание поведения кинетической энергии турбулентности нанекотором расстоянии от ударной волны оказывается влияние учет неравновесности вмодели турбулентности; лучше всего проявляют себя модели Chen (1986), Chen, Kim(1987) и Haroutunian, в) для правильного предсказания поведения энергиитурбулентности при помощи стандартной k-ε модели турбулентности и предложеннойk-ε-µt моделью надо использовать условие реализуемости напряжений Рейнольдса.Значение константы в этом условии должно быть близко к теоретическому.5.
Рассмотрена сверхзвуковая недорасширенная турбулентная струя. Предложенныемодификации k-ω-µt модели позволяют управлять положением системы скачковуплотнения в рассмотренной струе по сравнению с исходной k-ω-µt моделью.6. Предложенная k-ε-µt модель позволяет заметно улучшить точность предсказанияхарактеристик смешения в струе и положения системы скачков уплотнения.7. Разработан программный комплекс расчета пространственных турбулентныхтечений на неструктурированных расчетных сетках.8. Показана работоспособность разработанного программного комплекса при расчетевысокоскоростных течений на различных неструктурированных расчетных сетках.9.
Выполнено сравнение рассчитанных полей плотности с экспериментальнымирезультатами по гиперзвуковому обтеканию модели тракта ГПВРД. Показано, чтоудается хорошо воспроизвести структуру течения внутри этой модели.10. Проведено численное моделирование на основе LES подхода течения внедорасширенной сверхзвуковой струе. Получено хорошее соответствие междуэкспериментальными данными и результатами численных расчетов.11. Проведено моделирование отрывного течения внутри плоского сопла дляпредложенных k-ω-μt моделей (2-4).
Показано, что полученные модели улучшаютпредсказание точки отрыва по сравнению с k-ω моделью Wilcox (1994).12. Проведено моделирование отрывного течения внутри плоского сопла попредложенной k-ε-µt модельи (5). Показано, что рассматриваемая k-ε-µt модель20улучшает или не ухудшает предсказание положения отрыва по сравнению со всемирассмотренными моделями турбулентности.13.
Проведено численное моделирование течения внутри осесимметричного сопла столстой стенкой. Показано, что использование k-ε-µt модели и k-ω-µt моделипозволяет получить положение отрыва, близкое к экспериментальному.14. Рассмотрено течение внутри сверхзвуковых осесимметричных сопел с тонкойстенкой. Показано, что а) предложенные трехпараметрические модели позволяютулучшатьпредсказаниеположениеотрывапосравнениюсбазовойдвухпараметрической моделью и по сравнению с моделями без учета сжимаемойдиссипации; б) коэффициенты предложенных вариантов k-ω-µt моделей (2-4),выбранные на основе результатов моделирования течения внутри плоского сопла,оказались непригодны для течений в осесимметричных соплах; в) предложенная k-εµt модель (5) не нуждается в дополнительных корректировках.15. Рассмотрена задача моделирования сверхзвукового и гиперзвукового обтеканиясжимающего угла. Показано, что с использованием рассмотренных двух- итрехпараметрических моделей можно получить приемлемое соответствие междуэкспериментом и расчетом по длине отрывной зоны и значению восстановленногостатическогодавления.Получено,чтонаиболееудачнымиявляютсявысокорейнольдсовые модели: k-ε модель Chen (1986) с учетом сжимаемойдиссипации Sarkar et.al.
(1991) и k-ε-μt модель без учета сжимаемой диссипации.16. Рассмотрена задача моделирования сверхзвукового течения в воздухозаборнике.Показано, что с использованием выбранных трехпараметрических моделей можнополучить приемлемое соответствие эксперименту.17. Проведено моделирование обтекания трансзвуковым потоком воздуха кавернразной геометрии. Установлены уровни пульсаций давления в характерных точкахвнутри каверны.Автор выражает признательностьсотрудничество в ходе выполнения работы.ИвановуИгорюЭдуардовичузаПубликации по теме диссертации1) Иванов И.Э., Крюков И.А., Ларина Е.В. Влияние времени релаксациитурбулентной вязкости на моделирование течений в соплах и струях // Изв.
РАН.МЖГ. 2014. № 5. С. 149-159. (ВАК)212) Иванов И.Э., Крюков И.А., Ларина Е.В. Математическое моделированиевзаимодействия турбулентности с ударными волнами. Вестник МАИ, т. 18, №1, 2011,с. 21-26. (ВАК)3) Крюков И.А., Глушко Г.С., Ларина Е.В. Некоторые особенности моделированиятурбулентностиввысокоскоростныхтечениях.ВестникНижегородскогоуниверситета им. Лобачевского, № 4, часть 3, Нижний Новгород, 2011 г., с. 902-903.(ВАК)4) И.Э. Иванов, И.А. Крюков, Ларина Е.В. Моделирование турбулентности привзаимодействии ударных волн с пограничными слоями в гиперзвуковых течениях: IXМеждународный Симпозиум по радиационной плазмодинамике: Сборник научных трудов,М.:НИЦ ”Инженер”, 2012, с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
