Все выпуски

Численно исследуются газодинамические процессы, протекающие в начальный момент работы сверхзвукового сопла с высокой степенью геометрического расширения. Основное внимание уделяется изучению механизмов потери течением осевой симметрии за счет неустойчивости образующихся в сверхзвуковой части сопла зон отрывного течения. Модель нестационарного течения вязкого теплопроводного сжимаемого газа по соплу основана на системе уравнений сохранения в форме Навье-Стокса. Турбулентность исследуемого течения моделируется методом отсоединенных вихрей DES и его модификацией DDES с привлечением полуэмпирической модели Спаларта-Аллмараса. Выполнено сравнение распределения давления на стенке сопла, проекции годографа вектора тяги, мгновенных и осредненных картин течения с экспериментальными данными и численными результатами других авторов. Показано, что применение вихреразрешающего моделирования DES и DDES позволяет адекватно описать основные особенности течения и воспроизвести феномен возникновения боковой составляющей тяги сверхзвукового сопла при приемлемом уровне вычислительных затрат.

In this paper, we numerically examine the separated flow in an overexpanded nozzle developed during the starting phase of a rocket engine featuring the side-load effect. We use detached eddy simulation (DES), namely, its version referred to as delayed DES, and compare our results with the existing experimental and numerical data. The calculations are based on finite volume approximation of the Navier-Stokes equations for perfect gas and pressure-based formulation with PISO coupling. By investigating the unsteadiness associated with the shock-induced separation, a better insight can be obtained as to how these affect the nozzle start-up. Three-dimensional, transient, turbulent computational fluid dynamics methodology has been demonstrated to capture major side-load physics with supersonic nozzles. The main flow properties (wall pressure levels, shock waves pattern, side load locus) are rather well reproduced. We suggest using a delayed detached eddy simulation for more accurate predictions of the flow separation.

Рассматриваются различные подходы к численному моделированию пристенных турбулентных течений, основанные на комбинированных моделях турбулентности, адекватно описывающих параметры вихревого течения в ядре потока и локальные характеристики трения в пристеночной области. Используются различные модификации и комбинации моделей турбулентности: параметрические модели осредненного течения, стандартный метод крупных вихрей и модификации модели отсоединенных вихрей. Проведены расчеты тестовых задач  течение на плоской пластине и течение в плоском канале. В качестве критериев сравнения с экспериментальными данными выбраны локальный коэффициент сопротивления, распределение величины завихренности и распределение функции скорости от расстояния до стенки.

Various approaches to the numerical simulation of wall-bounded turbulent flows have been considered. Turbulence models have been assembled to allow equal proper description of the core-flow vortex parameters as well as local friction coefficient in near-wall domain. Different modifications and combinations of turbulence models have been applied, namely, RANS-based low-Reynolds models, standard LES approach and modified DES models. Testing calculations have been carried out for the flat plate flow and duct flow. The comparison of achieved results with known experimental and numerical data has been shown through the local friction coefficient, vorticity magnitude and distribution of velocity versus distance to the wall.