Сравнение моделей турбулентности для задачи обтекания плоской пластины в области перехода от ламинарного течения к турбулентному

Аннотация

Представлено численное моделирование перехода от ламинарного течения к турбулентному, что является одной из важнейших и сложных задач современной вычислительной гидродинамики (CFD). Использованы различные подходы к моделированию переходных течений, включая модели турбулентности k--kl--ω, Transition SST, модель напряжений Рейнольдса (RSM S--ω) и двухжидкостную модель турбулентности Маликова. Перечисленные модели описывают переходные процессы с учетом специфики турбулентного течения. Проведено сравнение численных результатов с экспериментальными данными при различных уровнях интенсивности турбулентности, что позволило оценить точность и применимость этих моделей. Результаты анализа показали, что двухжидкостная модель Маликова без дополнительных коррекций дает результаты, сопоставимые с другими моделями турбулентности, которые используют дополнительные коррекции для описания перехода от ламинарного течения к турбулентному. Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования численных методов моделирования в аэродинамике, теплообменных процессах и в других инженерных приложениях, где важно точное описание переходных турбулентных режимов

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Мадалиев М.Э., Орзиматов Ж.Т., Юнусалиев Э.М. и др. Сравнение моделей турбулентности для задачи обтекания плоской пластины в области перехода от ламинарного течения к турбулентному. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2025, № 6 (123), с. 4--20. EDN: WRNQQR

Литература

[1] Rumsey C.L., Ying S.X. Prediction of high lift: review of present CFD capability. Prog. Aerosp. Sci., 2002, vol. 38, iss. 2, pp. 145--180. DOI: https://doi.org/10.1016/S0376-0421(02)00003-9

[2] Rudnik R., Frhr. v. Geyr H. The European high lift project EUROLIFT II-objectives, approach, and structure. 25th AIAA Applied Aerodynamics Conf., 2007, paper AIAA-2007-4296. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2007-4296

[3] Slotnick J.P., Hannon J.A., Chaffin M. Overview of the first AIAA CFD high lift prediction workshop. 25th AIAA Applied Aerodynamics Conf., 2011, paper AIAA-2011-862. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2011-862

[4] Fu S., Wang L. Progress in turbulence/transition modeling. Advances in Mechanics, 2007, vol. 37, no. 3, pp. 409--416. DOI: http://dx.doi.org/10.6052/1000-0992-2007-3-J2006-159

[5] Wang Y., Zhang Y., Li S., et al. Calibration of a γ-Re_θ transition model and its validation in low-speed flows with high-order numerical method. Chin. J. Aeronaut., 2015, vol. 28, iss. 3, pp. 704--711. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cja.2015.03.002

[6] Schlichting H., Gersten K. Boundary-layer theory. Springer, 2016.

[7] Tollmien W., Schlichting H., Gortler H., et al. Uber die Entstehung der Turbulenz. In: Ludwig Prandtl Gesammelte Abhandlungen zur angewandten Mechanik, Hydro- und Aerodynamik. Springer, 1961, pp. 812--816. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-11836-8_66

[8] Abdol-Hamid K.S., Carlson J.-R., Rumsey C.L. Verification and validation of the k-kL turbulence model in FUN3D and CFL3D codes. NASA/TM-2015-218968. Langley Research Center, 2015.

[9] Salimipour E. A modification of the k--kL--ω turbulence model for simulation of short and long separation bubbles. Comput. Fluids, 2019, vol. 181, pp. 67--76. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2019.01.003

[10] Langtry R.B., Menter F.R. Correlation-based transition modeling for unstructured parallelized computational fluid dynamics codes. AIAA J., 2009, vol. 47, no. 12, pp. 2894--2906. DOI: https://doi.org/10.2514/1.42362

[11] Menter F.R., Langtry R.B., Likki S.R., et al. A correlation-based transition model using local variables --- part I: model formulation. J. Turbomach., 2006, vol. 128, no. 3, pp. 413--422. DOI: https://doi.org/10.1115/1.2184352

[12] Menter F.R., Langtry R.B., Volker S. Transition modelling for general purpose CFD codes. Flow Turbulence Combust., 2006, vol. 77, iss. 1-4, pp. 277--303. DOI: https://doi.org/10.1007/s10494-006-9047-1

[13] 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

[14] Speziale C.G. Analytical methods for the development of Reynolds-stress closures in turbulence. Annu. Rev. Fluid Mech., 1991, vol. 23, pp. 107--157. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev.fl.23.010191.000543

[15] Eisfeld B., Rumsey C., Togiti V. Verification and validation of a second-moment-closure model. AIAA J., 2016, vol. 54, no. 5, pp. 1524--1541. DOI: https://doi.org/10.2514/1.J054718

[16] Eisfeld B., Rumsey C., Togiti V. Erratum: verification and validation of a second-moment-closure model. AIAA J., 2016, vol. 54, no. 9, pp. 2927--2928. DOI: https://doi.org/10.2514/1.J055336

[17] Александров А.А., Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. и др. Влияние геометрических параметров рабочего канала гидродинамического фильтра с защитной перегородкой на структуру течения среды. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2018, № 2 (77), с. 23--38. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2018-2-23-38

[18] Носатов В.В., Семенёв П.А. Расчетно-экспериментальное исследование сверхзвукового турбулентного отрывного течения и локальной теплоотдачи в плоском канале с внезапным расширением. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2014, № 1 (52), с. 66--77. EDN: RXKULN

[19] Аксeнов А.Н., Шабаров А.Б. Демпфирование коэффициента турбулентной вязкости при расчете течений в осевых трансзвуковых компрессорах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2010, № 2 (37), с. 31--39. EDN: MOTLLH

[20] 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: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2021-4-24-39

[21] Мадалиев М.Э., Маликов З.М. Численное моделирование турбулентных потоков на основе современных моделей турбулентности. Журнал вычислительной математики и математической физики, 2022, т. 62, № 10, с. 1723--1739. EDN: SXUUDY. DOI: https://doi.org/10.31857/S004446692210009X