cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)caht-841Research ArticleСтатьиВЕРИФИКАЦИЯ ГИБРИДНОЙ ЧИСЛЕННОЙ СХЕМЫ ДЛЯ ЗАДАЧИ НАТЕКАНИЯ СЖИМАЕМОЙ СТРУИ НА ТВЕРДУЮ ПРЕГРАДУVERIFICATION OF HYBRID NUMERICAL SCHEME FOR THE CASE OF COMPRESSIBLE JET IMPINGIMENT ON FLAT PLATEКрапошинМ. В.KraposhinM. V.

старший научный сотрудник

noemail@neicon.ruСтрижакС. В.StrijhakS. V.

инженер

noemail@neicon.ruИСП РАНRussian Federation2016281120160226183190Copyright © Крапошин М.В., Стрижак С.В., 20162016Крапошин М.В., Стрижак С.В.Kraposhin M.V., Strijhak S.V.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/841

В статье рассматриваются вопросы математического моделирования истечения свободной сжимаемой турбулентной струи из модельного сопла и натекания струи на твердую преграду при различных степенях нерасчетности. Для решения задачи используется разработанный авторами статьи решатель pisoCentralFoam на базе гибридной численной схемы Kurganov-Tadmor, алгоритма PISO и метода контрольного объема. Для расчета сжимаемой струи используется модель на базе нестационарных уравнений Рейнольдса и k-omega SST модели турбулентности с пристеночными функциями. Приведена постановка задачи для расчета натекания струи на преграду. Расчетная область представляла собой прямоугольник. Для упрощения постановки задачи рассматривалось только половина сопла. Для случая свободной струи на задания давления на выходе расчетной области использовалось смешанное граничное условие 3-го рода. На входе расчетной области задавалось специальное табличное условие для давления, которое позволяло постепенно поднимать абсолютное значений для давления. Значение степени нерасчетности струи выбиралось равным n = 2,5 и n = 5,0. Проведен анализ сеточной сходимости на сетках от 100 тысяч до 500 тысяч ячеек. Среднее значение величины y+ составило 270. Расчеты проводились для конечного времени Tend = 0,01 секунды. Получены результаты распределения поля модуля скорости, давления на оси симметрии. Проведено сравнение результатов расчета распределения давления по длине сопла на разных расчетных сетках с результатами эксперимента. Получено совпадение с результатами эксперимента с точностью в 5 %.

The article deals with the questions of mathematical modeling of compressible jet outflow from model nozzle and jet impingiment on flat plate at various values of n. pisoCentralFoam solver which is based on the Kurganov-Tadmor hybrid numerical scheme, PISO algorithm and finite volume method, is used for the solution of this problem. The model, based on unsteady Reynolds equation and K-omega SST turbulence model with boundary functions is used for compressible jet calculation. The problem definition for calculation of jet impingiment on flat plate is given. The simulation domainwas selected as a rectangle. Only a half of the nozzle was considered for simplification. The mixed boundary condition for pressure setting in case of free jet was used on the outlet of simulation domain. The special condition for the pressure with table data, allowed to increase the value of pressure gradually, was used on the inlet of simulation domain. The value of the jet pressure degree was selected as n = 2.5 and n = 5.0. The results of distribution of the velocity magnitude, field pressure, upon symmetry axes were received. The simulations were done with grids 100 000-500 000 cells. The average value of y+ was equal to 270. The calculations were done for the end time Tend = 0.01 s. Comparison of the results of pressure distribution calculation based on nozzle length on different grids with the results of the experiment is carried out. The coincidence to engineering accuracy of 5 % is received.

Сжимаемая струятвердая преградабочка Махаустойчивостьсеткачисленная схеманестационарный расчетCompressible Jetflat plateMach barrelstabilitygridnumerical schemeunsteady simulationReferencesАнтонов А.Н., Купцов В.М., Комаров В.В. Пульсации давления при струйных и отрывных течениях. М.: Машиностроение, 1990. 272 сAntonov A.N. et al. Pulsatsii davleniya pri stryinykh i otryvnykh techeniyach. Moscow, Mashinostroenie, 1990. 272 p. [In Russian].Горшков Г.Ф., Усков В.Н. Автоколебания в сверхзвуковых перерасширенных импактных струях // ПМТФ. 2002. Т. 43. N 5. С. 49-54Gorshkov G.F., Uskov V.N., Favorskii V.S. Avtokolebaniya v sverzvykhovykh pererashirenykh impaktnykh stryakh. PMTF, 1993. Т. 43, N 4. Pp. 58–65. [In Russian].Бирюков Г.П. и др. Газодинамика стартовых комплексов. М.: РЕСТАРТ, 2010. 364 сByuryukov G.P. et al. Gazodinamika startovykh kompleksov. Мoscow, RESTART, 2010. 364 p. [In Russian].Ковалев О.Б., Фомин В.М. Физические основы лазерной резки толстых листовых материалов. М.: Физматлит, 2013. 256 сKovalev O.B., Fomin V.M. Physizheskie osnovy lazernoy tolstykh listovych metallov. Мoscow, Fizmatlit, 2013. 256 p. [In Russian].Горшков Г.Ф., Усков В.Н., Фаворский В.С. Особенности нестационарного обтекания безграничной преграды недорасширенной струей // ПМТФ. 1993. Т. 43. N 4. С. 58-65Gorshkov G.F., Uskov V.N. Osobennosti nestasionarnogo obtekaniya bezgranichoy pregrady nedorashirenoy stryei. PMTF, 2002. Т. 43, N 5. Pp. 49-54. [In Russian].Varnier J., Requenet W. Experimental Characterization of the Sound Power Radiated by Impinging Supersonic Jet // AIAA Journal. 2002. Vol. 40. N 5. P. 825-831Varnier J., Requenet W. Experimental Characterization of the Sound Power Radiated by Impinging Supersonic Jet. AIAA Journal, 2002. Vol. 40, N 5. Pp. 825–831.Куликовский А.Г., Погорелов Н.В., Семенов А.Ю. Математические вопросы численного решения гиперболических систем уравнений. 2-е изд. М.: Физматлит, 2012. 656 сKulikovsky A.G., Pogorelov N.V., Semenov A.Y. Matematicheskie voprosy chislennogo resheniya giperbolicheskih sistem uravnenii, 2-ed. Moscow, Fizmatlit, 2012. 656 p. [In Russian].Kraposhin M., Bovtrikova A., Strijhak S. Adaptation of Kurganov-Tadmor Numerical Scheme For Applying in Combination With the PISO Method in Numerical Simulation of Flows in a Wide Range of Mach Numbers // Procedia Computer Science. Vol. 66. 2015. P. 43-52Kraposhin M., Bovtrikova A., Strijhak S. Adaptation of Kurganov-Tadmor Numerical Scheme For Applying in Combination With the PISO Method in Numerical Simulation of Flows in a Wide Range of Mach Numbers. Procedia Computer Science. Vol. 66, 2015. Pp. 43–52.Greenshields C.J. et al. Implementation of semi-discrete, non-staggered central schemes in a colocated, polyhedral, finite volume framework, for high-speed viscous flows // IJNMF. 63:1-21. 2010Greenshields A.J. et al. Implementation of semi-discrete, non-staggered central schemes in a collocated, polyhedral, finite volume framework, for high-speed viscous flows. IJNMF, 2010; 63: 1–21.Asbury S.C., Hunter C.A. Static Performance of a Fixed-Geometry Exhaust Nozzle Incorporating Porous Cavities for Shock-Boundary Layer Interaction Control. NASA/TM-1999-209513. P. 135Asbury S.C., Hunter C.A. Static Performance of a Fixed-Geometry Exhaust Nozzle Incorporating Porous Cavities for Shock-Boundary Layer Interaction Control. NASA/TM-1999-209513, p. 135.Dauptain A. et al. Large Eddy Simulation of Stable Supersonic Jet Impinging on Flat Plate // AIAA Journal. Vol. 48. No. 10. 2010Dauptain A. et al. Large Eddy Simulation of Stable Supersonic Jet Impinging on Flat Plate. AIAA Journal, Vol. 48. No. 10, 2010.Uzun A. et al. Simulation of Tonal Noise Generation for Supersonic Impinging Jets // AIAA Journal. Vol. 51. No. 7. 2013Uzun A. et al. Simulation of Tonal Noise Generation for Supersonic Impinging Jets. AIAA Journal. Vol. 51. No. 7, July 2013.

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