The article is devoted to numerical study of separation of turbulent boundary layer from nozzle wall for supersonic viscous flow. Interaction of shock wave with boundary layer is studied mainly for internal flows. Flow in plane, cone and profiled axisymmetric nozzles is considered. Detailed study of flow structure and some its parts (separation, mixing, reattachment, recirculation flow) is performed. Space-time correlations between flow parameters in different flow zones are investigated. Conditions of realization of restricted and free shock separation in profiled nozzles, hysteresis of separation type during increasing or decreasing entrance pressure, possibilities of control of separation type and location of separation point are studied. Numerical simulation of turbulent flows in dual bell nozzles is considered for wide external pressure range.
Работа посвящена численному исследованию явления отрыва турбулентного пограничного слоя от стенки канала (сопла) при сверхзвуковом течении вязкого газа. Основное внимание уделяется проблеме взаимодействия ударной волны с пограничным слоем в условиях внутреннего турбулентного течения. Рассматриваются течения в плоских, конических и круглых профилированных соплах. Проведено детальное изучение структур потоков, исследование отдельных их элементов (отрыв, смешение, присоединение, возвратное течение), исследованы пространственно-временные взаимосвязи между параметрами течения в различных частях потока. Конкретные исследования посвящены изучению условий реализации ограниченного и неограниченного отрыва в профилированных соплах, гистерезису при смене типа отрыва на этапах повышения и снижения давления на входе в сопло, возможности управления типом отрыва и положением точки отрыва. Особое внимание уделено численному моделированию течений в соплах с двойным контуром при изменении в широком диапазоне внешнего противодавления.
ударная волна, численное моделирование, пограничный слой, течения в соплах, турбулентное течение
1. Г.С.Глушко, И.Э.Иванов, И.А.Крюков. Расчет сверх- звуковых турбулентных течений. ИПМ РАН, препринт №793, М. 2005, 36 с. 2. Г.С.Глушко, И.Э.Иванов, И.А.Крюков. Численное мо- делирование отрывных течений в соплах. ИПМ РАН, препринт №815, М. 2006, 40 с. 3. Г.С.Глушко, И.Э.Иванов, И.А.Крюков. Особенности расчета турбулентных сверхзвуковых течений. ИПМ РАН, препринт №882, М. 2008, 38 с. 4. И.Э.Иванов, И.А.Крюков. Квазимонотонный метод повышенного порядка точности для расчета внутренних и струйных течений невязкого газа. Математическое моделирование, 8, 6, 47-55. 5. С.A. Hunter. Experimental, theoretical, and computational investigation of separated nozzle flows. - AIAA Paper 98- 3107, 1998. 6. Chen Y.S. Applications of new wall function to turbulent flow computations. - AIAA Paper 86-0438, 1986, 16 p. 7. Sarkar S., et al The analysis and modeling of dilatational terms in compressible turbulence // J. Fluid Mech., 1991, 227, 473-493 8. Малик Т.И., Тагиров Р.К. Полуэмпирический метод расчета турбулентного отрывного течения в коническом сопле Лаваля на режиме перерасширения // Изв. АН СССР, Мех. жидк. газа, 1988, 6, 60-66. 9. Nave L.H., Caffey G.A. Sea level side loads in high ratio rocket engine. AIAA Paper 73-1284, 1973. 10. Frey M., Hagemann G. Status of flow separation prediction in rocket nozzles. AIAA Paper 98-3619, 1998. 11. Frey M., Hagemann G. Flow separation and side loads in rocket nozzles. AIAA Paper 99-2815, 1999. 12. Hagemann G., Frey M., Koschel W. Appearance of restricted scock separation in rocket nozzles // J. Propulsion and power, 18, 3, 2002, 577-584. 13. Ostlund J., Flow processes in rocket engine nozzles with focus on flow separation and side loads. - Licentiate thesis Royal Institute of Technology Department of mechanics, Stockholm, Sweden 2002. 14. Frey M., Hagemann G. Critical Assessment of Dual-Bell Nozzles // J. propulsion and power, 15, 1, 1999, 137-143. 15. Kusaka K., Kumakara A., Niino M., Konno A., Atsumi M. Experimental study on Extensible and Dual-Bell Nozzles under high altitude conditions. AIAA paper-2000-03303, 2000. 16. Nusudi F., Onofri M., Martelli E. Role of wall shape on the Transition in axisymmetric Dual-Bell nozzles // J. propulsion and power, 21, 2, 2005, 243-264.
