Численное моделирование отрывного обтекания квадратного блока на основе двужидкостной модели турбулентности

Аннотация

Рост производительности компьютеров позволяет использовать математическое моделирование в качестве альтернативы физическому эксперименту. Однако точность моделирования турбулентных течений сильно зависит от используемой модели турбулентности. Представлены численные результаты турбулентного внешнего обтекания квадратного блока на основе двужидкостной модели при Re = 24 000. Модель турбулентности реализована в трехмерном виде. Для разностной аппроксимации исходных уравнений применен метод контрольного объема, связь скорости и давления найдена с использованием процедуры SIMPLE, в которой конвективные члены аппроксимировались полунеявной схемой против потока, а диффузионные члены --- центральными разностями. Сравнение с экспериментальными данными и существующими моделями турбулентности показало хорошую сходимость и для грубой расчетной сетки. Это свидетельствует о способности модели адекватно описывать нестационарную анизотропную турбулентность. Еще одно преимущество модели --- ее простота для численной реализации и хорошая устойчивость. В связи с этим двужидкостную модель можно рекомендовать для исследования более сложных турбулентных течений

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Мадалиев М.Э., Кучкаров А.А. Численное моделирование отрывного обтекания квадратного блока на основе двужидкостной модели турбулентности. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2024, № 2 (113), с. 35--56. EDN: JZNUCN

Литература

[1] Younis B.A., Przulj V.P. Computation of turbulent vortex shedding. Comput. Mech., 2006, vol. 37, no. 5, pp. 408--425. DOI: https://doi.org/10.1007/s00466-005-0713-2

[2] Rodi W. Comparison of LES and RANS calculations of the flow around bluff bodies. J. Wind. Eng. Ind. Aerodyn., 1997, vol. 69-71, pp. 55--75. DOI: https://doi.org/10.1016/S0167-6105(97)00147-5

[3] Spalding D.B. Chemical reaction in turbulent fluids. J. Physico-Chemical Hydrodyn., 1983, vol. 4, pp. 323--336.

[4] Яковенко И.С., Ярков А.В., Тюрнин А.В. и др. Оценка возможностей современных кинетических механизмов окисления ацетилена для моделирования нестационарных процессов горения. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 5 (104), с. 62--85. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-5-62-85

[5] Орлов В.Н., Гасанов М.В. Влияние возмущения подвижной особой точки на структуру аналитического приближенного решения одного класса нелинейных дифференциальных уравнений третьего порядка в комплексной области. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 6 (105), с. 60--76. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-6-60-76

[6] Александров А.А., Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. Численное исследование течения жидкости между проницаемыми вращающимися цилиндрическими поверхностями. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2020, № 1 (88), с. 32--45. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2020-1-32-45

[7] Герасимов С.И., Ерофеев В.И., Косяк Е.Г. Постановка экспериментов для анализа возмущений головной ударной волны за счет присутствия частиц в сверхзвуковом потоке. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2021, № 1 (94), с. 34--46. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2021-1-34-46

[8] Александров А.А., Акатьев В.А., Тюрин М.П. и др. Результаты экспериментальных исследований процессов тепломассообмена в закрытом двухфазном термосифоне. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2018, № 4 (79), с. 46--58. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2018-4-46-58

[9] Malin M.R., Spalding D.B. A two-fluid model of turbulence and its application to heated plane jets and wakes. J. Physico-Сhemical Hydrodyn., 1984, vol. 5, no. 5-6, pp. 339--361.

[10] Spalding D.B. A turbulence model for buoyant and combusting flows. IC CFDU Report No CFD/85/10, 1985.

[11] Malikov Z. Mathematical model of turbulence based on the dynamics of two fluids. Appl. Math. Model., 2020, vol. 82, pp. 409--436. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apm.2020.01.047

[12] Маликов З.М., Назаров Ф.Х. Сравнительный анализ моделей турбулентности на основе исследования затопленной осесимметричной турбулентной струи. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 2 (101), с. 22--35. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-2-22-35

[13] Маликов З.М., Мадалиев М.Э. Численное моделирование течения в плоском внезапно расширяющемся канале на основе новой двужидкостной модели турбулентности. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2021, № 4 (97), с. 24--39. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2021-4-24-39

[14] Malikov Z.M., Madaliev M.E. Numerical simulation of two-phase flow in a centrifugal separator. Fluid Dyn., 2020, vol. 55, no. 8, pp. 1012--1028. DOI: https://doi.org/10.1134/S0015462820080066

[15] Malikov Z.M. Mathematical model of turbulent heat transfer based on the dynamics of two fluids. Appl. Math. Model., 2021, vol. 91, pp. 186--213. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apm.2020.09.029

[16] Malikov Z.M. Modeling a turbulent multicomponent fluid with variable density using a two-fluid approach. Appl. Math. Model., 2022, vol. 104, pp. 34--49. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apm.2021.10.045

[17] Meng Y., Hibi K. Turbulent measurements of the flow field around a high-rise building. Wind Eng., JAWE, 1998, vol. 1998, iss. 76, pp. 55--64. DOI: https://doi.org/10.5359/jawe.1998.76_55

[18] Dadioti R.E., Rees S. Validation of a detached eddy simulation (DES) model in complex urban environment. Athens J. Sci., 2016, vol. 3, no. 2, pp. 113--136. DOI: https://doi.org/10.30958/ajs.3-2-3

[19] Хужаев И.К., Хамдамов М.М. Распространение осесимметричной турбулентной струи метана в спутном потоке воздуха при горении с конечной скоростью. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2021, № 5 (98), c. 89--108. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2021-5-89-108

[20] Patankar S.V. Numerical heat transfer and fluid flow. Hemisphere, 1980.