Улучшение разрешения RANS/ILES(i)-методом турбулентных вихревых структур при дозвуковых числах Маха

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлена модификация RANS/ILES(i)-метода высокого разрешения, позволяющая регулировать вклад диффузионного члена схемы Роу для аппроксимации конвективных членов уравнений Навье–Стокса с помощью умножения его на некоторую функцию, зависящую от локальных параметров течения. Предложено два варианта функции. В первом случае она зависит только от локального числа Маха в степени большей единицы, во втором – еще и от завихренности в рассматриваемой точке течения. Для оценки эффективности предложенных функций выполнены расчеты распада однородной изотропной турбулентности при разных уровнях турбулентного числа Маха и околозвуковой затопленной турбулентной струи, выходящей из модельного конического сопла. Исследовано влияние коэффициентов, входящих в предложенные функции, на эффективность уменьшения схемной вязкости при различных числах Маха рассматриваемого течения. Выполнено сравнение с данными экспериментов и результатами исходного варианта RANS/ILES(i)-метода.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. С. Жигалкин

ФАУ «Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова»

Автор, ответственный за переписку.
Email: aszhigalkin@ciam.ru
Россия, Москва

Д. А. Любимов

ФАУ «Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова»

Email: dalyubimov@ciam.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Islam A., Thornber B. A High-order Hybrid Turbulence Model with Implicit Large-eddy Simulation // Comput. Fluids. 2018. V. 167. P. 292.
  2. Любимов Д.А. Разработка и применение эффективного RANS/ILES-метода для расчета сложных турбулентных струй // ТВТ. 2008. Т. 46. № 2. С. 271.
  3. Kuan T.W.I., Szmelter J., Cocetta F. LES and ILES Simulations of Free-jets // Flow, Turbul. Combust. 2023. V. 110. P. 547.
  4. Markesteijn A.P., Gryazev V., Karabasov S.A., Ayupov R.Sh., Benderskiy L.A., Lyubimov D.A. Flow and Noise Predictions of Coaxial Jets // AIAA J. 2021. V. 58. № 12. P. 5280.
  5. Lyubimov D.A., Potekhina I.V. Investigation of Capabilities Synthetic Jets Application for Active Flow Control in Diffuser Ducts with Flow Separation Using High Resolution RANS/ILES Method // EUCASS. 2013. Paper 80.
  6. Любимов Д.А., Потехина И.В. Применение RANS/ILES-метода для анализа эффективности управления отрывными течениями в диффузорах с помощью синтетических струй // МЖГ. 2015. № 4. С. 144.
  7. Lyubimov D., Fedorenko A. External Flow Velocity and Synthetic Jets Parameters Influence on Cavity Flow Structure and Acoustics Characteristics Using RANS/ILES // Int. J. Aeroacoustics. 2018. V. 17. № 3. P. 259.
  8. Любимов Д.А., Потехина И.В. Исследование нестационарных режимов работы сверхзвукового воздухозаборника RANS/ILES-методом // ТВТ. 2016. Т. 54. № 5. С. 784.
  9. Любимов Д.А., Честных А.О. Исследование RANS/ILES-методом течения в высокоскоростном воздухозаборнике смешанного сжатия на различных режимах работы // ТВТ. 2018. Т. 56. № 5. С. 729.
  10. Perrin R., Lamballais E. Assessment of Implicit LES Modelling for Bypass Transition of a Boundary Layer // Comput. Fluids. 2023. V. 251. 105728.
  11. Жигалкин А.С., Любимов Д.А. Анализ RANS/ILES-методом влияния турбулентности набегающего потока на течение в сверхзвуковом воздухозаборнике. Оценка диссипативных свойств разностной схемы на примере моделирования распада однородной изотропной турбулентности в рамках ILES // ТВТ. 2022. Т. 60. № 1. С. 63.
  12. Li Z., Zhang Y., Chen H. A Low Dissipation Numerical Scheme for Implicit Large Eddy Simulation // Comput. Fluids. 2015. V. 117. P. 233.
  13. Любимов Д.А. Разработка и применение метода высокого разрешения для расчета струйных течений методом моделирования крупных вихрей // ТВТ. 2012. Т. 50. № 3. С. 450.
  14. Bui T.T. A Parallel, Finite-volume Algorithm for Large-eddy Simulation of Turbulent Flows // NASA TM-206570. 1999.
  15. Дерюгин Ю.Н., Емельянова Я.В., Жучков Р.Н., Уткина А.А. Применение схемы с гибридной диссипацией в решении задач вычислительной аэроакустики // ЖВМиМФ. 2018. Т. 58. № 9. С. 1478.
  16. Sun D., Bai J., Yan C. An Effective Low Dissipation Method for Compressible Flows // Aerospace Sci. Technol. 2020. V. 100. 105757.
  17. Roe P.L. Approximate Riemann Solvers, Parameters Vectors, and Difference Schemes // J. Comp. Phys. 1981. V. 43. P. 357.
  18. Suresh A., Huynh H.T. Accurate Monotonicity–Preserving Schemes with Runge-Kutta Time Stepping // J. Comp. Phys. 1997. V. 136. № 1. P. 83.
  19. Spalart P.R., Allmaras S.R. A One-equation Turbulence Model for Aerodynamic Flows // La Recherche Aerospatiale. 1994. № 1. P. 5.
  20. Compte-Bellot G., Corrsin S. Simple Eulerian Time Correlation of Full- and Narrowband Velocity Signals in Grid-generated “Isotropic” Turbulence // J. Fluid Mech. 1971. V. 48. P. 273.
  21. Bridges J., Wernet M. Measurements of the Aeroacoustic Sound Source in Hot Jets // AIAA-2003-3130. 2003.
  22. Bogey C., Marsden O., Bailly C. Influence of Initial Turbulence Level on the Flow and Sound Fields of a Subsonic Jet at a Diameter-based Reynolds Number of 105 // J. Fluid Mech. 2012. V. 701. P. 352.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Графики функции Flim при разных значениях входящих в нее параметров: 1, 2 – P1 = P2 = 2; 3, 4 – P1 = 2.2, P2 = 8; 1, 3 – Cm = 0.3; 2, 4 – 0.1.

Скачать (15KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изоповерхности Q-критерия, окрашенные в соответствии со значениями М, в момент времени t = 0.66 с в режиме 1 для различных вариантов функции Flim при P1 = P2 = 2: (а) – Cm = 1.0, (б) – 0.3, (в) – 0.1.

Скачать (66KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Влияние Flim на энергетические спектры в моменты времени t = 0.28, 0.66 с, соответствующие параметрам эксперимента [20], для режима 1 при P1 = P2 = 2: 1 – спектр начального поля; 2 – граница, соответствующая минимально разрешимому на сетке масштабу; 3 – степенной закон E ~ k–5/3; 4 – Сm = 1.0; 5 – 0.1; 6 – эксперимент [20].

Скачать (24KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние Flim на энергетические спектры в моменты времени t/τ = 1.85, 7 в режиме 2 при P1 = P2 = 2: 1 – спектр начального поля; 2 – граница, соответствующая минимально разрешимому на сетке масштабу; 3 – степенной закон E ~ k–5/3; 4 – Сm = 1.0; 5 – 0.1.

Скачать (22KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изоповерхности Q-критерия в соответствии со значениями М в момент времени t/τ = 7 для режима 2 и различных вариантов функции Flim при P1 = P2 = 2: (а) – Cm = 1.0, (б) – 0.1.

Скачать (42KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Влияние Fsum на энергетические спектры в моменты времени t/τ = 1.95, 7 в режиме 3 при P1 = P2 = 2: 1 – спектр начального поля; 2 – граница, соответствующая минимально разрешимому на сетке масштабу; 3 – степенной закон E ~ k–5/3; 4 – Сm = 1.0; 5 – 0.1.

Скачать (22KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Изоповерхности Q-критерия в соответствии со значениями М в момент времени t/τ = 7 в режиме 3 для различных вариантов функции Flim при P1 = P2 = 2: (а) – Cm = 1.0, (б) – 0.1.

Скачать (44KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Влияние показателей степеней в функции Fsum на энергетические спектры в разные моменты времени при Сm = 0.1: (а) – режим 1, t = 0.28, 0.66 с; (б) – режим 2, t/τ = 1.85, 7; (в) – режим 3, t/τ = 1.95, 7; 1 – спектр начального поля; 2 – граница, соответствующая минимально разрешимому на сетке масштабу; 3 – степенной закон E ~ k–5/3; 4 – Р1 = 2.2, Р2 = 8; 5 – P1 = P2 = 2; 6 – эксперимент [20].

Скачать (69KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Влияние показателей степеней в функции Fsum при Cm = 0.1 на изоповерхности Q-критерия в соответствии со значениями М: (а), (б) – режим 2, t/τ = = 1.85; (в), (г) – режим 3, t/τ = 7; (а), (в) – P1 = P2 = 2; (б), (г) – Р1 = 2.2, Р2 = 8.

Скачать (95KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Общий вид расчетной сетки в продольном сечении (а) и около среза сопла SMC000 (б).

Скачать (76KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Поля мгновенного числа М (а) и функции Fsum при Р1 = 2.2, Р2 = 8, Cm = 0.1, Coref = 0.1 (б).

Скачать (25KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Влияние параметров функции Fsum на поля завихренности (а), (в), (д) и мгновенной продольной скорости (б), (г), (е) в продольном сечении струи: (а), (б) – исходный вариант, Cm = 1; (в), (г) – Р1 = 2.2, Р2 = 8, Cm = 0.1, Coref = 0.1; (д), (е) – Р1 = 2.2, Р2 = 8, Cm = 0.1, Coref = 0.8.

Скачать (62KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Изоповерхности T = 295 К, окрашенные в соответствии со значениями продольной скорости: (а) – исходный вариант, Cm = 1; (б) – Р1 = 2.2, Р2 = 8, Cm = 0.1, Coref = 0.1; (в) – Р1 = 2.2, Р2 = 8, Cm = 0.1, Coref = 0.8.

Скачать (51KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Влияние параметров функции Fsum на распределение осредненной скорости вдоль оси струи (а) и на уровень пульсаций продольной скорости в слое смешения струи (б), (в): 1 – Р1 = 2.2, Р2 = 8, Cm = 0.1, Coref = 0.1; 2 – Р1 = 2.2, Р2 = 8, Cm = 0.1, Coref = = 0.8; 3 – исходный вариант; 4 – Р1 = Р2 = 2, Cm = 0.1; 5 – эксперимент [21].

Скачать (48KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025