НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o057.pdf (1260.29Кб)

УДК 533.695.7:519.6

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 исследовано влияние режимных параметров: числа Маха и температуры на течение в дозвуковых струях. Влияние режимных параметров рассматривалось на примере холодной M_j=0.985 T₀=300К и горячей M_j=0.548 T₀=858.6К струй (M_j – число Маха на срезе сопла и T₀ – полная температура на входе в сопло). Исследование было проведено для сопел 3-х типов: коническое и двух шевронных с углом наклона шевронов к оси сопла α=5° и α=18.2°. Расчеты струй проводились совместно с расчетом течения внутри сопел на сетках содержащих (2.8–3.2)×10⁶ ячеек. Проведено сравнение результатов расчетов по осредненной скорости и пульсациям скорости на оси и в слое смешения. Получено, что, независимо от вида сопла, в горячей струе уровень пульсаций скорости на оси струи и в слое смешения на начальном участке струй выше, чем в холодной и это приводит к большему углу расширения слоя смешения вовнутрь струи. Вследствие чего начальный участок горячих струй становится короче, чем в холодных. Проведено сравнение результатов расчетов и известных экспериментальных данных по параметрам течения и турбулентности. Сравнение показало, что расчеты хорошо соответствуют экспериментам и отражают, как влияние геометрии сопла, так и влияние режимных параметров на характеристики истечения струи.

1. Lau J.C. Effects of exit Mach number and temperature on mean-flow and turbulence characteristics in round jets // J. Fluid Mech. 1981. Vol. 105, no. 1. P. 193–218. DOI: 10.1017/S0022112081003170
2. Bridges J., Wernet M. Establishing Consensus Turbulence Statistics for Hot Subsonic Jets // AIAA P. 2010. Art. no. 2010-3751. DOI: 10.2514/6.2010-3751
3. Bardina J.E., Huang P.G., Coakley T.J. Turbulence Modeling Validation, Testing, and Development. NASA Technical Memorandum 110446. NASA, 1997.
4. Uzun A., Hussaini M.Y. Simulation of Noise Generation in the Near-Nozzle Region of a Chevron Nozzle Jet // AIAA J. 2009. Vol. 47, no. 8. P. 1793–1810. DOI:10.2514/1.36659
5. Uzun A., Hussaini M.Y. High-Fidelity Numerical Simulations of a Round Nozzle Jet Flow // AIAA P. 2010. Art. no. 2010-4016. DOI: 10.2514/6.2010-4016
6. Любимов Д.А. Разработка и применение метода высокого разрешения для расчета струйных течений методом моделирования крупных вихрей // Теплофизика высоких температур. 2012. Т . 50, № 3. С . 450–466.
7. Li Z., Jaberi F.A. Large-Scale Simulations of High Speed Turbulent Flows // AIAA P. 2009. Art . no . 2009-1506. DOI : 10.2514/6.2009-1506
8. Бендерский Л.А., Любимов Д.А. Применение RANS/ILES метода высокого разрешения для исследования сложных турбулентных струй // Ученые записки ЦАГИ. 2014. Т. XLV, № 2. С. 22–36 .
9. Bendersky L.A., Lyubimov D.A. Using large-eddy simulation method for the research influence of total flow parameters at the nozzle inlet and off-design conditions on the flow and turbulence characteristics in a supersonic jet flowing out of biconical nozzles flow // XVI Int. Conf. Methods Aerophysical Res. (Kazan, Russ.) Vol. 1. Kazan, 2012. P. 47–48.
10. Benderskiy L.A., Lyubimov D.A. Investigation of flow parameters and noise of subsonic and supersonic jets using RANS/ILES high resolution method // 29-th Congr. Int. Counc. Aeronaut. Sci. (St. Petersburg, Russ. Sept. 7-12, 2014). St. Petersburg, 2014. P. 2014_0373.
11. Shur M.L., Spalart P.R., Strelets M.K. Noise prediction for increasingly complex jets. Part I: Methods and tests // Int. J. Aeroacoustics. 2005. Vol. 4, no. 3. P . 213–246. DOI: 10.1260/1475472054771376
12. Потехина И.В., Любимов Д.А. Численное исследование управления с помощью синтетических струй отрывными течениями в переходных межтурбинных диффузорах // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 1. С. 68-86. DOI:10.7463/0115.0753472
13. Spalart P.R., Allmaras S. A One-Equation Turbulence Model for Aerodynamic Flows // La Rech. Aerosp. 1994. No. 1. P. 5–21.
14. Implicit Large Eddy Simulation / ed. by F.F. Grinstein, L.G. Margolin, W.J. Rider. Cambridge: Cambridge University Press, 2007.
15. Suresh A., Huynh H.T. Accurate Monotonicity-Preserving Schemes with Runge–Kutta Time Stepping // J. Comput. Phys. 1997. Vol. 136, no. 1. P. 83–99. DOI: 10.1006/jcph.1997.5745
16. 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.
17. Любимов Д.А. Исследование с помощью комбинированного RANS / ILES -метода влияния геометрии сопла и режима истечения на характеристики турбулентности выхлопных струй // Теплофизика высоких температур. 2009. Т . 47, № 3. С . 412–422.
18. Bridges J., Brown C. Parametric Testing of Chevrons on Single Flow Hot Jets // AIAA P. 2004. Art. no. 2004-2824. DOI: 10.2514/6.2004-2824
19. Birch S., Lyubimov D., Secundov A., Yakubovsky K. Numerical Modeling Requirements for Coaxial and Chevron Nozzle Flows // AIAA P. 2003. Art. no. 2003-3287. DOI: 10.2514/6.2003-3287
20. Birch S., Lyubimov D., Secundov A., Yakubovsky K. Accuracy Requirements of Flow Inputs for Jet Noise Prediction Codes // AIAA P. 2004. Art . no. 2004-2934. DOI: 10.2514/6.2004-2934
21. Любимов Д.А. Возможности использования прямых методов для численного моделирования турбулентных струй // Аэромеханика и газовая динамика. 2003. № 3. C. 14–20.
22. Lau J.C., Morris P.J., Fisher M.J. Measurements in subsonic and supersonic free jets using a laser velocimeter // J. Fluid Mech. 1979. Vol. 93, no. 1. P. 1–27. DOI: 10.1017/S0022112079001750
23. Xia H., Tucker P., Eastwood S. Towards Jet Flow LES of Conceptual Nozzles for Acoustics Predictions // AIAA P. 2008. Art. no. 2008-10. DOI: 10.2514/6.2008-10
24. 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. Vol. 701. P. 352–385.