Some turbulent model aspects which are important for numerical simulation of supersonic jet flows are considered. These aspects are compressibility, turbulence non-equilibrium and physically acceptability of solutions. Some models for dilatation dissipation are used for compressibility correction. Non-equilibrium of turbulence is accounting through modification of expression for production of ε. Limiters for turbulent kinetic energy, dissipation and turbulent energy production term are used for ensuring of physical acceptability of results. Brief analysis of limiters is given. Relations of these limiters with k-ε turbulence model functions are shown. All these turbulence model aspects are studied on base of comparison computed results with experiment. For comparison two jet experiments are used. Underexpanded jet is considered in the first experiment [31,32]. In the second case complete nozzle-jet configuration is considered [33]. The jet is overexpanded due to parameters on the nozzle inlet. Version of k-ε turbulence model that gives good accuracy for both considered cases is proposed.
В статье рассмотрены наиболее важные для численного моделирования сверхзвуковых струйных течений аспекты модели турбулентности - учет сжимаемости, учет неравновесности турбулентности и обеспечение физически допустимых решений. Для учёта сжимаемости использованы различные модели сжимаемой диссипации. Неравновесность турбулентности учитывается через модификацию выражения для производства диссипации кинетической энергии турбулентности. Для обеспечения физичности получаемых результатов в данной работе использовались ограничители для кинетической энергии турбулентности, скорости её диссипации и производства кинетической энергии турбулентности. Дан краткий анализ ограничителей, используемых для обеспечения положительности и реализуемости, и показана их связь с модельными функциями k-ε модели турбулентности. Все эти аспекты модели турбулентности исследованы на основе сравнения с экспериментальными данными. Для сравнения использовались два эксперимента. В первом случае рассчитывалось поле течения в недорасширенной турбулентной струе, начиная от среза сопла, и сравнивалось с экспериментальными данными [31,32]. Во втором случае рассматривалась конфигурация сопло-струя [33]. Параметры на входе в сопло были такими, что получаемая струя была перерасширенной. Предложен вариант k-ε модели турбулентности, позволяющий рассчитывать оба рассмотренных класса течений с хорошей точностью.
Турбулентность, модель турбулентности, сверхзвуковые струйные течения, скорость диссипации, кинетическая энергия, сопло-струя
