cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)caht-247Research ArticleСтатьиМОДЕЛИРОВАНИЕ ОБТЕКАНИЯ ТЕЛ МЕТОДОМ ВИХРЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАМКНУТЫХ ВИХРЕВЫХ ПЕТЕЛЬVORTEX ELEMENT METHOD SIMULATION OF FLOW AROUND BODIES USING CLOSED VORTEX LOOPSДергачевС. А.DergachevS. A.

аспирант

sadergachev@mail.ruЩегловГ. А.ShcheglovG. A.

доцент, доктор технических наук, профессор кафедры "Аэрокосмические системы"

shcheglov_ga@bmstu.ruМГТУ им. Н.Э. БауманаRussian Federation2016071120162231927Copyright © Дергачев С.А., Щеглов Г.А., 20162016Дергачев С.А., Щеглов Г.А.Dergachev S.A., Shcheglov G.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/247

Описывается новая модификация метода вихревых элементов, в которой используются замкнутые вихревые петли для расчета пространственного обтекания тел потоком несжимаемой среды и определения нестационарных гидродинамических нагрузок. Предложен оригинальный алгоритм моделирования генерации замкнутых петель на поверхности обтекаемого тела и их эволюции в потоке. Обсуждаются результаты тестирования алгоритма на задачах обтекания сферы и цилиндра. Показано, что полученные в расчете распределения давления по поверхности тел удовлетворительно согласуются с известными экспериментальными данными.

New modification of the vortex element method which uses closed vortex loop to calculate the incompressible 3D-flow around bodies by flow of an incompressible medium and determining the unsteady hydrodynamic loads is considered. An original algorithm for closed loops generation on the surface of the body simulation and their evolution in the stream is proposed. The results of algorithm tests is discussed. The model problems of the flow around sphere and cylinder is investigated. It is shown that the results obtained in the pressure distribution on the body surface calculation are in good agreement with the experimental data.

вихревые нитиметод вихревых элементоввычислительная гидродинамикаобтекание телпоток несжимаемой средыvortex filamentsvortex element methodcomputational fluid dynamicflow around bodiesincompressible flowReferencesТрехмерное отрывное обтекание тел произвольной формы / под ред. С.М. Белоцерковского. - М.: ЦАГИ, 2000. - 265 с.Trekhmernoe otrihvnoe obtekanie tel proizvoljnoyj formih [Three-dimensional separated flow around bodies of arbitrary shape] / Pod red. S.M. Belocerkovskogo. – Moscow, CAGI, 2000. – 265 p. (In Russian)Murua J., Palacios R., Graham J.M.R. Assessment of Wake-Tail Interference Effects on the Dynamics of Flexible Aircraft. AIAA Journal 50:7 (2012), 1575 - 1585.Murua J., Palacios R., Graham J.M.R. Assessment of Wake-Tail Interference Effects on the Dynamics of Flexible Aircraft. AIAA Journal 50:7 (2012), 1575 – 1585.Alkemade A.J.Q. On Vortex Atoms and Vortons: PhD Thesis. - Delft, (The Netherlands), 1994. - 209 p.Alkemade A.J.Q. On Vortex Atoms and Vortons: PhD Thesis. – Delft, (The Netherlands), 1994. – 209 p.Marchevsky I.K., Scheglov G.A. Symmetrical Vortex Fragmenton as a Vortex Element for Incompressible 3D Flow Simulation // The Sixth International Conference on Computational Fluid Dynamics: Book of Abstracts. - St.Petersburg, 2010. - PP. 328 - 329.Marchevsky I.K., Scheglov G.A. Symmetrical Vortex Fragmenton as a Vortex Element for Incompressible 3D Flow Simulation // The Sixth International Conference on Computational Fluid Dynamics: Book of Abstracts. - St.Petersburg, 2010. – PP. 328 – 329.Kamemoto K. On Contribution of Advanced Vortex Element Methods Toward Virtual Reality of Unsteady Vortical Flows in the New Generation of CFD // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. - 2004. - V. XXVI, No. 4. - PP. 368 - 378.Kamemoto K. On Contribution of Advanced Vortex Element Methods Toward Virtual Reality of Unsteady Vortical Flows in the New Generation of CFD // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. – 2004. – V. XXVI, No. 4. – PP. 368 – 378.Aparinov A.A., Setukha A.V. Application of mosaic-skeleton approximations in the simulation of three-dimensional vortex flows by vortex segments // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2010. V. 50. No 5. P. 890 - 899.Aparinov A.A., Setukha A.V. Application of mosaic-skeleton approximations in the simulation of three-dimensional vortex flows by vortex segments // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2010. V. 50. No 5. PP. 890 – 899.Willis D.J., Peraire J., White J.K. A combined pFFT-multipole tree code, unsteady panel method with vortex particle wakes // International Journal for numerical methods in fluids 53 (8), 1399 - 1422, 2007.Willis D.J., Peraire J., White J.K. A combined pFFT‐ multipole tree code, unsteady panel method with vortex particle wakes // International Journal for numerical methods in fluids 53 (8), 1399 – 1422, 2007.Weißmann S., Pinkall U. Filament-based smoke with vortex shedding and variational reconnection // ACM Trans. Graph. 29, 4, Article 115 (July 2010), 12 p.Weißmann S., Pinkall U. Filament-based smoke with vortex shedding and variational reconnection // ACM Trans. Graph. 29, 4, Article 115 (July 2010), 12 p.Дергачев С.А., Щеглов Г.А. Моделирование эволюции переплетенных вихревых нитей методом вихревых элементов // Научный вестник МГТУ ГА. 2015. №212 (2). С. 18 - 25.Dergachev S.A., Shcheglov G.A. Modelirovanie ehvolyucii perepletennihkh vikhrevihkh niteyj metodom vikhrevihkh ehlementov [Simulation of the evolution of the vortex filaments interlaced Eddy elements. Scientific Bulletin MSTUCA] Moscow. Nauchnyj vestnik MGTU GA, 2015, № 212 (2), PP. 18 – 25. (In Russian)Андронов П.Р., Гувернюк С.В., Дынникова Г.Я. Вихревые методы расчета нестационарных гидродинамических нагрузок. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2006. - 184 с.Andronov P.R., Guvernyuk S.V., Dihnnikova G.Ya. Vikhrevihe metodih rascheta nestacionarnihkh gidrodinamicheskikh nagruzok. [Vortex methods for unsteady hydrodynamical loads] Moscow, MGU. 2006. 184 p. (In Russian)Uhlman J.S. An Integral Equation Formulation of the Equation of Motion of an Incompressible Fluid: Technical Report / Naval Undersea Warfare Center, 1996. - No. 10, 086. - 30 p.Uhlman J.S. An Integral Equation Formulation of the Equation of Motion of an Incompressible Fluid: Technical Report / Naval Undersea Warfare Center, 1996. – No. 10, 086. – 30 p.Lighthill M.J. Introduction. Boundary Layer Theory // Laminar Boundary Layers / Edited by J. Rosenhead. - New-York: Oxford University Press, 1963. - P. 54 - 61.Lighthill M.J. Introduction. Boundary Layer Theory // Laminar Boundary Layers / Edited by J. Rosenhead. – New-York: Oxford University Press, 1963. – PP. 54 – 61.Accuracy Considerations for Implementing Velocity Boundary Conditions in Vorticity Formulations / S.N. Kempka [and others] // Sandia Report. - 1996. - SAND96-0583 UC-700. - 52 p.Accuracy Considerations for Implementing Velocity Boundary Conditions in Vorticity Formulations / S.N. Kempka [and others] // Sandia Report. – 1996. – SAND96-0583 UC-700. – 52 p.Dijkstra E.W. A note on two problems in connexion with graphs // Numerische Mathematik. V.1 (1959), P. 269 - 271.Dijkstra E.W. A note on two problems in connexion with graphs // Numerische Mathematik. V.1 (1959), PP. 269 – 271.Flachsbart O. Der Widerstand von Kugeln in der Umgebung der kritischen Reynoldschen Zahl // Ergebnisse der Aerodynamischen Versuchsanstalt zu Göttingen. IV. Lieferung. 1932, P. 106 - 108.Flachsbart O. Der Widerstand von Kugeln in der Umgebung der kritischen Reynoldschen Zahl // Ergebnisse der Aerodynamischen Versuchsanstalt zu Göttingen. IV. Lieferung. 1932, PP. 106 – 108.Паркинсон Г., Яндали Т. Модель следа с источниками за плохообтекаемым телом в потенциальном потоке // Сб. переводов: Механика. Вып. 2. - М.: Мир, 1971. - С.86 - 102.Parkinson G.V., Jandali T. Modelj sleda s istochnikami za plokhoobtekaemihm telom v potencialjnom potoke [A wake source model for bluff body potential flow. Collection of transfers: Mechanics] Sb. perevodov: Mekhanika, vihp.2. – Moscow, Mir, 1971. – PP. 86 – 102. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.