Диссертация (786472), страница 18

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

Текст из файла (страница 18)

Воздух поступает через левыйконец в диффузор, ускоряется, расширяется и достигает требуемого числа Маха,которое остается практически постоянным в аэродинамической трубе (каналепостоянной ширины).Во втором тестовом варианте проведены численные исследования течениявоздухас M=0.85 в каверне из работы [83], которая имеет размеры L=0.508 м,D=0.1016 м, и ширину W=0.101608 м, L/D=5, L/W=5.

Экспериментальная установка в[83] состоит из аэродинамической трубы соединенной через диффузор с атмосферойи другим концом с вакуумной камерой. Экспериментальные данные в работах [84,83]хорошо соответствуют результатам полуэмпирической теории Росситера [147] (тоесть дискретные тона в спектрах измеренных пульсаций давления совпадают сточностью 5-10% с первыми росситеровскими модами ) и собственным расчетамавторов проведенным по 3D моделям (RANS и LES).Третий тестовый вариант имеет геометрию первого, набегающий поток спараметрами (скорость, давление, плотность) как у второго варианта.Первый и второй варианты рассчитывались с помощью двумерного алгоритма,третий – как двумерным, так и трехмерным алгоритмами. Для двумерных расчетовиспользовалась структурированная расчетная сетка с адаптацией (сгущением) ктвердым границам области приведенная на рис. 1.7.В тестовых расчетахиспользовались расчетные сетки разной величины: 400х200 , 600х300, 800х400 ячеек122(при этом на саму каверну приходилось 240х200 ячеек на максимально подробнойсетке).Рис.

5.7. Расчетная сетка для двумерного расчета прямоугольной каверныВ численных расчетах процесс установления проводился в три этапа: на первомэтапе расчет проводился с локальным шагом по времени до момента выходаосновных возмущенийвторомот начальных данных за пределы расчетной области, на- расчет проводится с локальным шагом до установления устойчивогоавтоколебательного режима течения, на третьем проводилась запись показанийчисловых датчиков давления, расположенных в критических точках расчетнойобласти.Численные результаты. Тест №1.Результаты 2D расчетов течения в прямоугольной мелкой каверне (Тест №1)приведены на рис. 5.8 -5.10, где показано поле чисел Маха, поле векторов скорости иполе кинетической энергии турбулентности в расчетной области. На рис.

5.8представлено поле плотности в этой задаче в другой момент времени. Внутрикаверны хорошо видно циркуляционное движение, вихревая пелена сходящая спередней кромки (точка А, рис.5.1) и волны сжатия распространяющиеся от заднейкромки (точка B, рис.5.1) против основного потока.123Рис. 5.8. Поле чисел Маха в тесте №1Рис. 5.9. Поле векторов скорости в тесте №1Рис. 5.10Кинетическая энергия турбулентности в тесте №1.124На рис. 5.12-5.14 представлены фрагментыпоказаний числовых датчиковдавления, расположенных вблизи передней кромки (точки А рис. 5.6 на вертикальнойстенке), середине отрезка соединяющего точки А и В и задней кромки (точки В рис.5.6 на вертикальной стенке).

На оси абсцисс нанесено время в секундах, а на осиординат статическое давление в паскалях. На рис. 5.15 приведены спектральнаяфункция и спектр уровней звукового давления рассчитанного по даннымприведенным на рис. 5.11, то есть около передней кромки.

Программа обработки(спектрального анализа) результатов численных экспериментов не учитывалапереходную область до 0 < t < 0.015 сек.Рис. 5.11. Поле плотности в тесте №1Рис. 5.12. Показания числового датчика давления, расположенного около переднейкромки (точки А рис. 5.6) на вертикальной стенке (зависимость статического давления отвремени).125Рис. 5.13.

Показания числового датчика давления, расположенного в серединеверхнего сечения каверны (середине отрезка между точки А и В рис. 5.6) (зависимостьстатического давления от времени).Рис. 5.14 Показания числового датчика давления, расположенного около заднейкромки (точки В рис. 5.6) на вертикальной стенке (зависимость статического давления отвремени).Рис. 5.15. Спектральные характеристики сигналов датчика давления.126На рис.

5.15 вертикальные красные сплошные линии соответствуют первымчетыреммодамРосситера,пунктирныезеленые–модамвспектрахэкспериментальных данных, кривая – расчетный спектр. Видно достаточно хорошее(в пределах 10%) совпадение расчетных первых дискретных тонов смодамиРосситера.Численные результаты. Тест №2.Результаты 2D расчетов течения в прямоугольной мелкой каверне (Тест №2)приведены на рис. 5.16 - 5.19, где показано поле чисел Маха, поле векторов скорости,траектории движения жидких частиц и поле кинетической энергии турбулентности врасчетной области.Рис. 5.16. Поле чисел Маха в тесте №2.Рис. 5.17.

Поле векторов скорости в тесте №2.127Рис. 5.18. Траектории движения жидких частиц в тесте №2.Рис. 5.19. Кинетическая энергия турбулентности в тесте №2.На рис. 5.20-5.22 представлены фрагментыпоказаний числовых датчиковдавления, расположенных вблизи передней кромки (точки А рис.

1.6 на вертикальнойстенке), середине отрезка соединяющего точки А и В и задней кромки (точки В рис.5.6 на вертикальной стенке). На рис. 5.23 приведены спектральная функция и спектруровней звукового давления рассчитанного по данным на рис. 5.20, то есть околопередней кромки.128Рис. 5.20 Показания числового датчика давления, расположенного около переднейкромки (точки А рис. 1.6) на вертикальной стенке (зависимость статического давления отвремени).Рис. 5.21 Показания числового датчика давления, расположенного в серединеверхнего сечения каверны (середине отрезка между точки А и В рис.

5.6) (зависимостьстатического давления от времени).Рис. 5.22. Показания числового датчика давления, расположенного около заднейкромки (точки В рис. 5.6) на вертикальной стенке (зависимость статического давления отвремени).129Рис. 5.23. Спектр пульсаций давления вблизи точки А (рис. 5.6).На рис. 5.23 вертикальные красные сплошные линии соответствуют первымчетырем модам Росситера, рассчитанным для данной задачи, кривая – расчетныйспектр. Видно достаточно хорошее (в пределах 10%) совпадение расчетных первыхчетырех дискретных тонов с модами Росситера.В целом по результатам первых двух тестов можно сделать вывод о том, что 2Dмодель позволяет получать параметры пульсационного течения в прямоугольнойкаверне с достаточной для практических целей точностью, несмотря на то, чтокаверны, рассматриваемые в тестах №1 и №2, относятся к классу трехмерных L/D=2и 5.Численные результаты.

Тест №3.Численное решение теста №3 имело целью сопоставление результатов 2D и 3Dмоделирования. Расчетная сетка для пространственных расчетов приведена на рис.5.24 (а) и состояла из порядка миллиона расчетных ячеек. Сама сетка являетсянерегулярной (неструктурированной) адаптированной (сжатой) к жестким границамобласти, но по виду похожа на декартовую, прямоугольную сетку и состоит изшестигранных параллелепипедов.

Данная сетка позволяет при необходимом сжатииполучать хорошее разрешение пограничного слоя, что очень важно для правильноговоспроизведения параметров схождения вихрей с передней кромки в задаче обобтекании каверны. Рассчитывалась как полная область, включающая всю каверну,так и половина расчетной области, начиная от продольной плоскости симметрии(z=0). Ниже приводятся результаты расчета половины области с учетом симметрии.130На рис.5.24 (б)-(e) визуализированы поля статического давления, плотности,завихренности   u , где u - средняя скорость потока, чисел Маха и турбулентнойвязкости.а)б)в)г)д)e)Рис.

5.24. а) Трехмерная расчетная сетка, б) поле статического давления итраектории жидких частиц, в) поле плотности, г) поле завихренности, д) поле числа Маха, е)поле турбулентной вязкости в прямоугольной каверне.131На рис. 5.25 и рис. 5.26 показаны спектральные функции пульсаций скорости вкаверне, измеренные в середине каверны. При этом наблюдается удовлетворительноесогласование 2D и 3D расчетов по первым двум дискретным тонам.Рис. 5.25. Спектральная функция 2D расчета.Рис. 5.26. Спектральная функция 3D расчета.Рис.

5.27. Траектории жидких частиц в прямоугольной мелкой каверне и полеплотности.132На рис. 5.27 представлены результаты численных 3D расчетов обтеканияпрямоугольной каверны (с учетом плоскости симметрии области), показанытраектории движения частиц газа в каверне, первоначально двигающихся вдольплоской стенки в набегающем потоке и поле плотности в один из моментов времени.Можно наблюдать, что пространственное течение имеет очень сложную структуру,которая включает в себя циркуляционные области не только в продольном, но и впоперечных направлениях.

В связис этим резонансные частоты в конвективно-акустическом механизме обратной связи могут определяться не только параметромL/D, но и параметром L/W.5.2. Исследование обтеканияпрямоугольной каверны сплоскойкрышкой и окном в двухмерном приближении.Дляопределениявлиянияплоскойзащитнойкрышкинапараметрыпульсационного течения в прямоугольной каверне были проведены расчетыобтекания каверны с крышкой и разными значениями размера “окна” в крышке H. Вкачестве расчетного случая использовался вариант 2 из раздела 5.1. Размер окнаварьировался в диапазоне 2*D, 3*D, 4*D. Толщина стенки окна равнялась 0.05*D, гдеD – глубина каверны.

Характеристики

Список файлов диссертации