ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБТЕКАНИЯ КАВЕРН И ОТСЕКОВ ВЫСОКОСКОРОСТНЫМ ПОТОКОМ ГАЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛУЭМПИРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

Работа направлена на развитие и применение программного комплекса моделирования высокоскоростных турбулентных течений газа. Рассмотрены двумерные нестационарные течения в кавернах и отсеках и трехмерные течения в отсеке сложной геометрии. Используются две параметрические модели турбулентности.Проведено численное моделирование нестационарного трансзвукового течения с числом Маха набегающего потока Mоо = 0,74 в узком канале с мелкой каверной внутри. Получены зависимости статического давления в фиксированных точках пространства от времени. Показано, что отличие результатов обработки данных численного моделирования с использованием быстрого преобразования Фурье от экспериментальных данных составляет не более 6-10 %.Проведено численное моделирование нестационарного трансзвукового течения с числом Маха набегающего потока Mоо = 0,85 в мелкой каверне. Получены низкочастотные колебания статического давления в нескольких фиксированных точках пространства. Спектральные функции колебаний в центре каверны сопоставлены с экспериментальными данными и модами Росситера. Получено приемлемое соответствие расчетов эксперименту. Проведено исследование влияния геометрического фактора на частотные характеристики потока. Для этого к каверне добавлены круглые створки. Наличие створок привело к изменениям в самых низкочастотных модах колебаний. Исчезла первая мода, уменьшилась амплитуда второй моды и значительно уменьшилась амплитуда третьей моды. Изменение высоты выступающей во внешний поток части геометрии привело к изменениям амплитуд пульсаций давления без изменения частот. Для данного случая приводится сравнение спектральных функций, полученных с использованием двух рассмотренных моделей турбулентности. Установлено, что значения частот отличаются слабо, различия имеются в амплитудах пульсаций.Проведено численное исследование влияния положения плоской заслонки на параметры нестационарного дозвукового течения с числом Маха набегающего потока Mоо = 0,65 в цилиндрическом отсеке с внутренним телом. Рассмотрены случаи отклонения заслонки внутрь отсека с углами 26 и 41º относительно горизонтальной плоскости, а также случай без заслонки. Получены низкочастотные колебания статического давления. Наличие заслонки не изменило частот пульсаций статического давления. С ростом угла отклонения заслонки растут амплитуды колебаний во всех рассмотренных точках течения.

моделирование турбулентных высокоскоростных течений, течение в каверне, полуэмпирические модели турбулентности, k-Е модель турбулентности, µt-k-Е модель турбулентности

1. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Моделирование турбулентности в сверхзвуковых струйных течениях [Электронный ресурс] // Физико-химическая кинетика в газовой динамике: сетевой журн. 2010. Т. 9. URL: http://chemphys.edu.ru/issues/2010-9/articles/142/ (дата обращения: 09.07.2016)

2. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Численное моделирование отрывных течений в соплах [Электронный ресурс] // Физико-химическая кинетика в газовой динамике: сетевой журн. 2010. Т.9. URL: http://chemphys.edu.ru/issues/2010-9/articles/143/ (дата обращения: 09.07.2016)

3. Крюков И.А. Расчет сверхзвуковых турбулентных течений // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16, № 2. С. 101-108

4. Иванов И.Э., Крюков И.А., Ларина Е.В. Влияние времени релаксации турбулентной вязкости на моделирование течений в соплах и струях // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2014. № 5. С. 149-159

5. Hirahara H., Kawahashi M., Khan M.U., Hourigan K. Experimental investigation of fluid dynamic instability in a transonic cavity flow. Experimental Thermal and Fluid Science, 2007, vol. 31, рp. 333-347. DOI:10.1016/j.expthermflusci.2006.05.007

6. Afridi U.Z. Numerical Simulation of turbulent flow Over a Cavity. Master Thesis. Department of Appl. Math., Division of Fluid Dynamic, Chalmers University of technology, Gottingen Sweden. 2012. 61 p

7. Савельев А.Д. О влиянии задней кромки каверны на интенсивность пульсаций потока // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2001. № 3. С. 79-89

8. Иванов И.Э., Крюков И.А. Квазимонотонный метод повышенного порядка точности для расчета внутренних и струйных течений невязкого газа // Математическое моделирование. 1996. Т. 8, № 6. С. 47-55

9. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Метод расчета турбулентных сверхзвуковых течений // Математическое моделирование. 2009. Т. 21, № 12. С. 103-121

10. Sarkar S., Erlebacher G., Hussaini M.Y., Kreiss H.O. The analysis and modeling of dilatational terms in compressible turbulence. Journal of Fluid Mechanics, 1991, vol. 227, pp. 473-493

11. Chen Y. S. Applications of a new wall function to turbulent flow computations AIAA. Aerospace Sciences Meeting, 24th, Reno, NV, Jan. 6-9, 1986. 11 p

12. Rossiter J.E. Wind tunnel experiments on the flow over rectangular cavities at subsonic and transonic speeds Technical report NARC R&M №3438, Aeronautical Research Council , UK. 1964. Pp. 1-32

13. Численное исследование течения вязкого газа в прямоугольной мелкой каверне / Е.В. Ларина, И.А. Крюков, А. Шушаков, И.Э. Иванов // Материалы X международной конференции «Неравновесные процессы в соплах и струях», Алушта, 25-31 мая 2014 г. Алушта, 2014. С. 40-43