НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o086.pdf (953.47Кб)

УДК 533.697.3:629.7.036.3:519.6

Россия, Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова

С помощью комбинированного RANS/ILES метода (Reynolds Averaged Navier-Stokes – RANS, Implicit Large Eddy Simulation – ILES) высокого разрешения исследованы отрывные турбулентные течения в межтурбинных диффузорах и управление ими с помощью синтетических струй. Расчеты выполнялись для двух вариантов геометрии S-образных диффузоров: стандартного и «агрессивного» (на 20% короче, чем  стандартный) на сетках, содержащих 0.88×106 ячеек. Рассматривались режимы течения в диффузорах при нескольких значениях перепада давления. Получено влияние геометрии диффузоров на параметры течения в них. Было рассмотрено влияние синтетических струй на отрыв потока и характеристики течения и турбулентности, проведены параметрические исследования влияния амплитуды и частоты синтетических струй на течение. Синтетические струи создаются периодическим выдувом и всасыванием газа через отверстие из полости с подвижной диафрагмой – генератора синтетических струй. Они не требуют специального рабочего тела и средств для его подвода, компактны, эффективны. Для исследованных режимов представлены уровни потерь полного давления и турбулентных пульсаций на выходе из диффузоров, а также распределения осредненных параметров течения. Проведено сравнение параметров течения в стандартном и «агрессивном» диффузорах как со струями, так и без них на одном и том же режиме. Установлено, что использование синтетических струй в рассмотренных диффузорах позволяет улучшить их характеристики, а для «агрессивного» диффузора приблизить их к уровню стандартного.

1. Кашкин Ю.Ф., Коновалов А.Е., Крашенинников С.Ю., Любимов Д.А., Пудовиков Д.Е., Степанов В.А. Экспериментальное и расчётное исследование особенностей течения с отрывом потока в дозвуковых диффузорах // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2009. № 4. С . 91-99.
2. Göttlich E. Research on the aerodynamics of intermediate turbine diffusers // Progress in Aerospace Sciences. 2011. Vol. 47, no. 4. P. 249-279. DOI: 10.1016/j.paerosci.2011.01.002
3. Lee S., Loth E., Babinsky H. Normal shock boundary layer control with various vortex generator geometries // Computers & Fluids. 2011. Vol. 49, no. 1. P. 233-246. DOI: 10.1016/j.compfluid.2011.06.003
4. Debiasi M., Herberg M.R., Yan Z.., Dhanabalan S.S., Tsai H.M., Dhanabalan S. Control of Flow Separation in S-Ducts via Flow Injection and Suction // 46^thAIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (Reno, Nevada, 7-10 January 2008). Paper no. 2008-74. DOI: 10.2514/6.2008-74
5. Florea R., Bertuccioli L., Tillman T.G. Flow-control-enabled aggressive turbine transition ducts and engine system analysis // 3^rd AIAA Flow Control Conference (San Francisco, California, 5-8 June 2006). Paper no. 2006-3512. DOI: 10.2514/6.2006-3512
6. Holman R., Uttukar Y., Mittal R., Smith B.L., Cattafesta L. Formation criterion for synthetic jets // AIAA Journal. 2005. Vol. 43, no. 10. P. 2110-2116. DOI: 10.2514/1.12033
7. Dandois J., Garier E., Sagaut P. Unsteady Simulation of Synthetic Jet in a Crossflow // AIAA Journal. 2006. Vol. 44, no. 2. P. 225-238. DOI: 10.2514/1.13462
8. Rizzetta D.P., Visbal M.R., Morgan P.E. A High-Order Compact Finite-Difference Scheme for Large-Eddy Simulation of Active Flow Control (Invited) // 46^thAIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (Reno, Nevada, 7-10 January 2008). Paper no. 2008-526. DOI: 10.2514/6.2008-526
9. Iaccarino G. Predictions of a Turbulent Separated Flow Using Commercial CFD Codes // Journal of Fluid Engineering. 2001. Vol. 123, no. 4. P. 819-828. DOI: 10.1115/1.1400749
10. Kaltenbach H.-J., Fatica M., Mittal R., Lund T.S., Moin P. Study of flow in a planar asymmetric diffuser using large-eddy simulation // Journal of Fluid Mechanics. 1999. Vol. 390. P.151-185. DOI: 10.1017/S0022112099005054
11. Qin N., Xia H. Detached Eddy Simulation of a Synthetic Jet for Flow Control // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering. 2008. Vol. 222, no. 5. P. 373-380. DOI: 10.1243/09596518JSCE513
12. Arunajatesan S., Oyarzun M., Palaviccini M., Catafesta L. Modeling Zero-Net Mass-Flux-Actuators for Feedback Flow Control // 47^thAIAA Aerospace Sciences Meeting Including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition (Orlando, Florida, 5-8 January 2009). Paper no. 2009-743. DOI: 10.2514/6.2009-743
13. Любимов Д.А. Разработка и применение эффективного RANS/ILES-метода для расчета сложных турбулентных струй // Теплофизика высоких температур. 2008. Т. 46, № 2. С. 271-282.
14. Любимов Д.А. Применение комбинированного RANS / ILES -метода для исследования отрывных пространственных турбулентных течений в криволинейных диффузорах // Теплофизика высоких температур. 2010. Т . 48, № 2. С . 279-289.
15. Любимов Д.А. Исследование влияния струй с нулевым массовым расходом на течение в криволинейном диффузоре // Теплофизика высоких температур. 2011. Т. 49, № 4. С. 557-567.
16. Lyubimov D.A., Potekhina I.V. Application of the high resolution large-eddy simulation method for the study of the influence of geometrical and gas-dynamic parameters of the synthetic jets on the curved diffuser flow // XVI International Conference on the Methods of Aerophysical Research (Kazan, Russia, 19-25 August 2012): abstracts. Part 1. P. 180-181.
17. Lyubimov D., Makarov A., Potekhina I. Experimental and numerical research of unsteady flow in curvilinear channel with active flow management using “synthetic” jets // Proc. of the 28^th International congress of the aeronautical science (Brisbane. Australia, 23-28 September 2012). Paper no. 932.
18. Aram E., Mittal R., Cattefesta L. Toward Simple Boundary Condition Representations of Zero-Net Mass-Flux Actuators in Grazing Flow // Proc. of the 39^th AIAA Fluid Dynamics Conference (San Antonio, Texas, 22-25 June 2009). Paper no. 2009-4018. DOI: 10.2514/6.2009-4018
19. Okada K., Oyama A., Fujii K., Miyaji K. Computational study on Effect of Synthetic Jet Design Parameters // International Journal of Aerospace Engineering. 2010. Vol. 2010. Art. ID 364859. DOI: 10.1155/2010/364859
20. Amitay M., Pitt D. Glezer A. Separation Control in Duct Flows // Journal of Aircraft. 2002. Vol. 39, no. 4. P. 616-620. DOI: 10.2514/2.2973
21. Aram S., Mittal R. Computational Study of the Effect of Slot Orientation on Synthetic Jet-Based Separation Control // International Journal of Flow Control. 2011. Vol. 3, no. 2-3. P. 87-110.
22. Suresh A., Huynh H. T. Accurate Monotonicity-Preserving Schemes with Runge-Kutta Time Stepping // Journal of Computational Physics. 1997. Vol. 136. P. 83-99. DOI: 10.1006/jcph.1997.5745
23. Spalart P.R., Allmaras S.R. A One-Equation Turbulence Model for Aerodynamic Flows // La Recherche Aerospatiale. 1994. No. 1. P. 5-21. (also 30th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 1992. Paper no. 92-0439. DOI: 10.2514/6.1992-439 ).
24. Rogers S.R., Kwak D. Upwind Differencing Scheme for the Time-Accurate Incompressible Navier-Stokes Equations // AIAA Journal. 1990. Vol. 28, no. 2. P. 253-262. DOI: 10.2514/3.10382