Сравнительный анализ моделей турбулентности на основе исследования затопленной осесимметричной турбулентной струи

Аннотация

Приведен сравнительный анализ RANS-моделей турбулентности (модели Ментера, Спаларта --- Аллмараса, Секундова) и недавно предложенной двужидкостной модели с использованием численного моделирования осесимметричной затопленной струи. Сравнение моделей выполнено сопоставлением полученных численных результатов с экспериментальными данными и с использованием результатов анализа их численной реализации. Для всех моделей применен одинаковый численный алгоритм. Для облегчения исследования свободной струи рассмотрены "параболизованные" гидродинамические уравнения, для численной реализации которых использован "маршевый" метод интегрирования. Применена абсолютно устойчивая неявная конечно-разностная схема. Показано, что разработанная двужидкостная модель имеет преимущества по сравнению с другими моделями как по точности, так и по простоте численной реализации

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

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

Литература

[1] Тимошенко В.И., Дешко А.Е., Белоцерковец И.С. К определению границы вязкой струи сжимаемого газа в спутном потоке. Техническая механика, 2012, № 2, с. 31--42.

[2] Маликов З.М., Стасенко А.Л. Асимптотика затопленной струи и процессы переноса в ней. Труды МФТИ, 2013, т. 5, № 2, с. 59--68.

[3] Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В., Третьякова О.Н. Результаты экспериментальных исследований взаимодействия многоблочных сверхзвуковых турбулентных струй с преградой. Труды МАИ, 2013, № 69. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=43076

[4] Деменков А.Г., Илюшин Б.Б., Черных Г.Г. Численное моделирование осесимметричных турбулентных струй. Прикладная механика и техническая физика, 2008, т. 49, № 5, с. 55--60.

[5] Пахомов М.А., Терехов В.И. Численное исследование турбулентной структуры полидисперсной двухфазной струи с испаряющимися каплями. Математическое моделирование, 2016, т. 28, № 11, с. 64--78.

[6] Демидова О.Л. Численное моделирование закрученных струй с неравновесными химическими процессами. Труды МАИ, № 57. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=30701

[7] Белов И.А., Исаев С.А. Моделирование турбулентных течений. СПб., Балт. гос. техн. ун-т, 2001.

[8] Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М., ФИЗМАТЛИТ, 2008.

[9] Frolich J., von Terzi D. Hybrid LES/RANS methods for the simulation of turbulent flows. Prog. Aerosp. Sci., 2008, vol. 44, iss. 5, pp. 349--377. DOI: https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2008.05.001

[10] Haase W., Braza M., Revell A. DESider --- a European effort on hybrid RANS-LES modelling. Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design. Berlin, Heidelberg, Springer, 2009. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-92773-0

[11] Malikov Z.M. 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] Spalart P.R., Allmaras S.R. A one-equation turbulence model for aerodynamic flows. AIAA Paper, 1992, no. 1992-0439. DOI: https://doi.org/10.2514/6.1992-439

[13] Menter F.R. Zonal two-equation k--ω turbulence models for aerodynamic flows. AIAA Paper, 1993, no. 1993-2906. DOI: https://doi.org/10.2514/6.1993-2906

[14] Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model. In: Turbulence, Heat and Mass Transfer 4. Begell House, 2003, pp. 625--632.

[15] Shur M., Strelets M., Zajkov L., et al. Comparative numerical testing of one- and two-equation turbulence models for flows with separation and reattachment. AIAA Paper, 1995, no. 1995-0863. DOI: https://doi.org/10.2514/6.1995-863

[16] 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

[17] 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

[18] Nazarov F.Kh., Malikov Z.M., Rakhmanov N.M. Simulation and numerical study of two-phase flow in a centrifugal dust catcher. J. Phys.: Conf. Ser., 2020, vol. 1441, art. 012155. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1441/1/012155

[19] Turbulence modeling resource: веб-сайт. URL: http://turbmodels.larc.nasa.gov (дата обращения: 15.01.2022).

[20] Биматов В.И., Савкина Н.В., Фарапанов В.В. Сверхзвуковое обтекание и аэродинамические характеристики острого конуса для различных моделей турбулентной вязкости. Вестник Томск. гос. ун-та, 2016, № 5, с. 35--42.

[21] von Mises R. Bernerkungen zur Hydrodynamik. Z. Angew. Math. Mech., 1927, no. 7, p. 425.