Использование Lag модели турбулентности для расчета отрывных турбулентных течений в соплах и струях


Просмотр статьи
PDF, 434,0 КБ

Application of the Lag turbulence model for computation of separated turbulent flows in nozzle and jet

Some modifications of the three-equation lag turbulence model are considered in the paper. These modifications should improve an accuracy of computation of turbulent flows in nozzle with boundary layer separation and in supersonic jet with a complex shock-wave structure. Three modifications of the lag model which is based on k-ω model are suggested. These modifications introduce additional dependence of the relaxation time of nonequilibrium turbulent viscosity on various physical parameters, which can be important near point of boundary layer separation from nozzle wall: viscous effects, the effects of the presence of large gradients of the mean velocity and turbulent kinetic energy ("turbulent pressure").
In addition, the idea of taking into account the flow history with the use of additional relaxation equation for the nonequilibrium turbulent viscosity has been successfully applied to the case of k-ε turbulence model. Comparison of computed results with experimental data shows that all of the proposed three-parameter model versions can improve the accuracy of the calculation of turbulent flows in nozzles and jets.

Lag model of turbulence, turbulent flow tear-off nozzles and jets

Игорь Эдуардович Иванов, Игорь Анатольевич Крюков, Елена Владимировна Ларина

Том 14, выпуск 4, 2013 год



В работе рассматриваются различные модификации трехпараметрической Lag модели турбулентности, пред-назначенные для повышения точности расчета турбулентных течений в соплах с отрывом пограничного слоя и в сверхзвуковых струях со сложной ударно-волновой структурой. Предложено три варианта модификации Lag модели, построенной на базе k-ω модели. В этих модификациях вводится дополнительная зависимость времени релаксации неравновесной турбулентной вязкости от различных физических параметров, которые могут быть важны вблизи точки отрыва пограничного слоя от стенки сопла: вязкие эффекты, эффекты наличия больших градиентов средней скорости и больших градиентов кинетической энергии турбулентности ("турбулентного давления").
Кроме того, идея учета предыстории течения с использованием дополнительного релаксационного уравнения для неравновесной турбулентной вязкости успешно применена к случаю k-ε модели турбулентности. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными показывает, что все предложенные варианты трехпараметрических моделей позволяют повысить точность расчета турбулентных течений в соплах и струях.

Lag модель турбулентности, отрывные турбулентные течения, сопла и струи

Игорь Эдуардович Иванов, Игорь Анатольевич Крюков, Елена Владимировна Ларина

Том 14, выпуск 4, 2013 год



1. Hinze J.O. Memory effects in turbulence // ZAMM, 1976, 56,
403-415.
2. Olsen M.E., Coakley T.J. The lag model, a turbulence model
for non-equilibrium flows // AIAA 2001-2564, 2001.
3. Xiao Q., Tsai H.-M., Liu F. Computation of Turbulent
Separated Nozzle Flow by a Lag Model // J. Propulsion and
Power, 2005, 21, 368-371.
4. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Численное моде-
лирование отрывных течений в соплах, М:ИПМех РАН,
препринт 815, 2006, 40 с.
5. Wilcox D. Turbulence Modeling for CFD, DCW Industries,
Inc., Griffin Printing, Glendale, California, 1994.
6. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Расчет сверхзву-
ковых турбулентных течений, М: ИПМех РАН, препринт
793, 2005, 36 с.
7. Крюков И.А. Расчет сверхзвуковых турбулентных тече-
ний // Вестник Московского авиационного института,
2009, 16, 2, 101-108.
8. Иванов И.Э., Крюков И.А. Численное исследование тур-булентных течений с ограниченным и свободным отры-вом в профилированных соплах // Вестник Московского авиационного института, 2009, 16, 7, C. 2330.
9. Launder B.E., Spalding D.B. The numerical computation of turbulent flows // Computer Meth. Appl. Mech. Engn., 1974, 3, 3, Pp. 269289.
10. Wilcox D.C. Reassessment of the scale-determining equation for advanced turbulence models // AIAA J., 1988, 26, 1299-1310.
11. Sarkar S., Erlebacher G., Hussaini M.Y., Kreiss H.O. The analysis and modelling of dilatational terms in compressible turbulence // J. Fluid Mech., 1991, 227, Pp. 473–493.
12. Иванов И.Э., Крюков И.А. Квазимонотонный метод по-вышенного порядка точности для расчета внутренних и струйных течений невязкого газа // Математическое мо-делирование РАН, 8, 6, C. 4755.
13. Иванов И.Э., Кpюков И.А., Метод расчета турбулентных сверхзвуковых течений // Математическое моделирова-ние РАН, 2009, 21, 12, C. 103121.
14. Hunter С.A. Experimental, theoretical, and computational investigation of separated nozzle flows // AIAA Paper 98-3107, 1998.
15. Stark R., Hagemann G. Current status of numerical flow prediction for separated nozzle flows, In: 2nd European Conference for Aerospace Sciences (EUCASS), 2007, Brussels, Belgium.
16. Seiner J.M., Norum T.D. Experiments of shock associated noise on supersonic jets // AIAA Pap. 79-1526, 1979.
17. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Моделирование турбулентности в сверхзвуковых струйных течениях // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2010. T.9. http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2010-01-12-023.pdf
18. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Численное моде-лирование отрывных течений в соплах // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2010. T.9. http://www.chemphys.edu.ru/pdf/010-01-12-024.pdf