Верификация расчетных характеристик сверхзвуковых турбулентных струй

В журнале Компьютерные исследования и моделирование опубликована статья "Верификация расчетных характеристик сверхзвуковых турбулентных струй".

Plot - V/Vmax (X/Ra)Comparison  of nozzle flow

В статье приводятся результаты верификационных расчетов в программном комплексе вычислительной аэро -,  гидродинамики  FlowVision  характеристик сверхзвуковых турбулентных струй .  Численное моделирование в статье охватывает несколько известных экспериментов по исследованию сверхзвуковых струй ,  находящихся в свободном доступе .  Представленные тестовые случаи включают в себя тесты Сейнера с числом Маха на срезе М  = 2  при расчетном  ( n  = 1)  и нерасчетном  ( n  = 1.47)  истечении из сопла в широком диапазоне температур газа .  В работе также проведен численный эксперимент по распростра - нению сверхзвуковой струи в спутном сверхзвуковом потоке М  = 2.2.  Для данного теста заданы параметры ,  определенные в эксперименте   Putnam:   степень понижения давления в сопле   NPR  =  8.12   и полная температура T  = 317 K. 

Показано сравнение расчетов   FlowVision   с экспериментальными и по   лученными в других расчетных кодах данными .  Наилучшее совпадение с экспериментом Сейнера среди рассмотренных моделей турбулентности получено при использовании стандартной k – ε модели турбулентности с установленной поправкой на сжимаемость по модели  Wilcox.  Достигнуто согласование с экспериментальными данными на дальнем следе до  7 %  по скорости потока на оси сопла .  Для струи в спутном по  токе расчетная характеристика  ( число Маха )  отличается на  3 %  от экспериментальной . 

В работе определены общие рекомендации к построению методики моделирования   FlowVision   сверхзвуковых турбулентных струй .  В ходе исследования сходимости по сетке получены оптимальные размеры ячеек расчетной сетки :  для расчетного истечения достаточно  40  ячеек по радиусу сопла и в области формирования струи ,  а для нерасчетных реж имов необходимо не менее   80   ячеек по радиусу для точного моделирования ударно-волновой структуры вблизи выхода из сопла . 

Влияние применяемых моделей турбулентности показано на примере расчета теста Сейнера .  SST- модель турбулентности ,  применяемая в   FlowVision,   существенно занижает скорость на оси сопла ,  для расчета струй данная модель не рекомендуется даже для предварительных оценок .  Стандартная k – ε модель без учета сжимаемост и также несколько занижает скорость газа .  Модель турбулентности   KEFV,   разработанная для   FlowVision,   показывает хорошее согласование и несколько завышает  « дальнобойность »  струи .  И наилучшее совпадение с экспериментом по исследуемым характеристикам турбулентных струй получено при расчетах на стандартной k – ε модели с учетом сжимаемости ,  соответствующей модели  Wilcox.  Представленная методика может быть взята за основу при моделировании истечения из сверхзвуковых сопел более сложной геометрии .

 

Ю. В. Фишер, А. Е. Щеляев // Компьютерные исследования и моделирование, 2017, т. 9, № 1, с. 21-35

Скачать полную статью с сайта журнала: http://crm.ics.org.ru/journal/article/2528/