DECgroup Inc


Турбулентное сверхзвуковое обтекание плоского клинообразного тела

Обтекание сверхзвуковым турбулентным потоком тел различных конфигураций приводит к возникновению сложного течения в ближнем следе, характерной особенностью которого является наличие присоединенной отрывной зоны, ограниченной сдвиговыми слоями и задней кромкой тела. Наличие такой зоны оказывает существенное влияние на характеристики тел во многих приложениях газовой динамики и баллистики.

В настоящее время методы оптической визуализации, например, PIV в совокупности с подходом POD (статистический метод ортогональной декомпозиции, позволяющий разделить временные колебания комплексного поля течения на конечное число мод, которые улавливают основные (доминирующие) и динамически значимые структуры на основе модальной декомпозиции набора базисных функций) широко используются для исследования турбулентных плоских транс- и сверхзвуковых течений. С другой стороны современная вычислительная гидрогазодинамика предоставляет эффективные инструменты для моделирования таких видов течений. Поскольку доминирующее влияние на характеристики присоединенной зоны оказывают сильные градиенты скорости и плотности, а также действие вязкости в сдвиговом слое, ключевым моментом становится правильное прогнозирование турбулентности.

Рис.1. Визуализация течения с помощью численного шрилен метода.

В качестве примера можно продемонстрировать турбулентное (Re=5x106) сверхзвуковое (М=2) обтекание плоского клинообразного тела. Двумерная расчетная область выбирается таким образом, чтобы полностью воспроизвести условия физического эксперимента в аэродинамическом стенде TST-27 [1]. Предварительные результаты были представлены в работах [2-3]. Компьютерная визуализация общей ударно-волновой структуры течения, полученная с помощью численного шрилен метода [4], приведена на рис.1.

Сравнение картины течения, полученной экспериментальным [1] и расчетным путем (рис.2) позволяет идентифицировать основные характерные элементы течения: ударную головную волну (1), вееры волн разряжения, образующиеся в области перехода клина в пластину (2) и на заднем срезе тела (3), отрыв пограничного слоя за телом — сдвиговые слои (4), разделяющие рециркляционную зону в следе с основным потоком и сопутствующие им волны разряжения (5). Компьютерная визуализация осредненного поля течения (изохор и линий тока), отчетливо воспроизводит рециркуляционную зону, образующуюся в ближнем следе, структура и расположение которой хорошо согласуется между данными физического эксперимента [1] и результатами численного прогнозирования (рис.2).

Рис.2. Компьютерная визуализация течения возле клинообразного тела (1) и в ближнем следе (2): метод оптической визуализации PIV/POD (а) из [1] и результаты численного моделирования (б) — поле изолиний изохор и линий тока.

Ссылки::

1. F. Scarano and B.W. van Oudheusden, Planar velocity measurements of a two-dimensional compressible wake. Experiments in Fluids, 34, 430–441 (2003)
2. D.A. Lysenko, Unstructured meshes in unstaedy CFD applications // In: Proceedings, West-East High Speed Flow Field Conference. CD-ROM. 2007
3. Д.А. Лысенко, Численное моделирование сверхзвукового обтекания клинообразного тела с помощью методологии URANS и модели турбулентности Спаларта-Аллмареса // Труды XVII Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И.Леонтьева. Т.2. – М.: МЭИ. 2009
4. A. Hadjadj and A. Kudryavtsev, Computation and flow visualization in high-speed aerodynamics, J Turbulence, 6 (16), 33-81 (2005)

Вернуться назад