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

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Рұқсат ақылы немесе тек жазылушылар үшін

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.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

А. Жигалкин

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

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: aszhigalkin@ciam.ru
Ресей, Москва

Д. Любимов

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

Email: dalyubimov@ciam.ru
Ресей, Москва

Әдебиет тізімі

  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.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Graphs of the Flim function for different values of its parameters: 1, 2 – P1 = P2 = 2; 3, 4 – P1 = 2.2, P2 = 8; 1, 3 – Cm = 0.3; 2, 4 – 0.1.

Жүктеу (15KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Isosurfaces of the Q-criterion, colored according to the values of M, at time t = 0.66 s in mode 1 for different variants of the Flim function at P1 = P2 = 2: (a) – Cm = 1.0, (b) – 0.3, (c) – 0.1.

Жүктеу (66KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. The influence of Flim on the energy spectra at times t = 0.28, 0.66 s, corresponding to the parameters of the experiment [20], for mode 1 at P1 = P2 = 2: 1 – spectrum of the initial field; 2 – boundary corresponding to the minimum scale resolvable on the grid; 3 – power law E ~ k–5/3; 4 – Сm = 1.0; 5 – 0.1; 6 – experiment [20].

Жүктеу (24KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Effect of Flim on the energy spectra at times t/τ = 1.85, 7 in mode 2 at P1 = P2 = 2: 1 – spectrum of the initial field; 2 – boundary corresponding to the minimum scale resolvable on the grid; 3 – power law E ~ k–5/3; 4 – Сm = 1.0; 5 – 0.1.

Жүктеу (22KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Isosurfaces of the Q-criterion in accordance with the values of M at the time t/τ = 7 for mode 2 and different variants of the Flim function at P1 = P2 = 2: (a) – Cm = 1.0, (b) – 0.1.

Жүктеу (42KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. The influence of Fsum on the energy spectra at the times t/τ = 1.95, 7 in mode 3 at P1 = P2 = 2: 1 – spectrum of the initial field; 2 – boundary corresponding to the minimum scale resolvable on the grid; 3 – power law E ~ k–5/3; 4 – Cm = 1.0; 5 – 0.1.

Жүктеу (22KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Isosurfaces of the Q-criterion in accordance with the values of M at the time t/τ = 7 in mode 3 for different variants of the Flim function at P1 = P2 = 2: (a) – Cm = 1.0, (b) – 0.1.

Жүктеу (44KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. The influence of the exponents in the Fsum function on the energy spectra at different times at Cm = 0.1: (a) – mode 1, t = 0.28, 0.66 s; (b) – mode 2, t/τ = 1.85, 7; (c) – mode 3, t/τ = 1.95, 7; 1 – spectrum of the initial field; 2 – boundary corresponding to the minimum scale resolvable on the grid; 3 – power law E ~ k–5/3; 4 – P1 = 2.2, P2 = 8; 5 – P1 = P2 = 2; 6 – experiment [20].

Жүктеу (69KB)
Метадеректер
10. Fig. 9. Effect of exponents in the Fsum function for Cm = 0.1 on the Q-criterion isosurfaces in accordance with the values of M: (a), (b) – mode 2, t/τ = = 1.85; (c), (d) – mode 3, t/τ = 7; (a), (c) – P1 = P2 = 2; (b), (d) – P1 = 2.2, P2 = 8.

Жүктеу (95KB)
Метадеректер
11. Fig. 10. General view of the computational grid in the longitudinal section (a) and near the SMC000 nozzle exit section (b).

Жүктеу (76KB)
Метадеректер
12. Fig. 11. Fields of the instantaneous Mach number (a) and the Fsum function for P1 = 2.2, P2 = 8, Cm = 0.1, Coref = 0.1 (b).

Жүктеу (25KB)
Метадеректер
13. Fig. 12. Effect of the parameters of the Fsum function on the vorticity fields (a), (c), (d) and instantaneous longitudinal velocity (b), (d), (e) in the longitudinal section of the jet: (a), (b) – initial version, Cm = 1; (c), (d) – Р1 = 2.2, Р2 = 8, Cm = 0.1, Coref = 0.1; (d), (e) – Р1 = 2.2, Р2 = 8, Cm = 0.1, Coref = 0.8.

Жүктеу (62KB)
Метадеректер
14. Fig. 13. Isosurfaces T = 295 K, colored according to the longitudinal velocity values: (a) – initial version, Cm = 1; (b) – Р1 = 2.2, Р2 = 8, Cm = 0.1, Coref = 0.1; (c) – Р1 = 2.2, Р2 = 8, Cm = 0.1, Coref = 0.8.

Жүктеу (51KB)
Метадеректер
15. Fig. 14. Effect of the parameters of the Fsum function on the distribution of the averaged velocity along the jet axis (a) and on the level of longitudinal velocity pulsations in the jet mixing layer (b), (c): 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 – original version; 4 – Р1 = Р2 = 2, Cm = 0.1; 5 – experiment [21].

Жүктеу (48KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2025