Численное моделирование аэродинамического гистерезиса при сверхзвуковом обтекании осесимметричного тела с каверной в программном комплексе FlowVision


Просмотр статьи
PDF, 813,3 КБ

Numerical simulation of aerodynamic hysteresis in supersonic flow over an axisymmetric body with annular cavity in FlowVision CFD software

A numerical simulation of supersonic flow over an axisymmetric cavity under continuously changing of cavity length is presented. The simulation is performed using the FlowVision computational software package. A set of simulations was performed to obtain optimal simulation performance, numerical convergence, optimal turbulence model and its parameters. The comparison of results of numerical simulation and experimental values is performed. The simulations were used for study the effect of dynamic change of cavity on a supersonic flow for different values of process rate. The transformation of flow in a cavity under continuous change of cavity length is modeled. The effect of hysteresis in this process is observed and its parameters are studied.

supersonic flow, annular cavity, hysteresis, numerical simulation, FlowVision

Анастасия Сергеевна Шишаева, Михаил Михайлович Симоненко, Сергей Владимирович Гувернюк, Андрей Александрович Аксенов

Том 18, выпуск 1, 2017 год



Представлены результаты численного моделирования сверхзвукового обтекания осесимметричного тела с кольцевой каверной при непрерывном изменении длины каверны. Численное моделирование выполнено с использование программного комплекса FlowVision. Проведено исследование сходимости задачи по расчетной сетке, определена оптимальная модель турбулентности. Выполнено сравнение с экспериментом. Исследовано влияние скорости изменения длины каверны на характер изменения течения. Про-иллюстрирован механизм перестройки режимов течения в каверне при непрерывном изменении ее длины. Дана оценка протяженности области гистерезиса при сверхзвуковом обтекании тела с каверной.

сверхзвуковой поток, кольцевая каверна, гистерезис, численное моделирование, FlowVision

Анастасия Сергеевна Шишаева, Михаил Михайлович Симоненко, Сергей Владимирович Гувернюк, Андрей Александрович Аксенов

Том 18, выпуск 1, 2017 год



Распределение значений числа Маха при уменьшении длины каверны. В левом верхнем углу представлено соответствие между цветами и значениями числа Маха, в правом верхнем углу - отношение текущей длины каверны к высоте.

Просмотр
783,9 КБ

Распределение значений числа Маха при увеличении длины каверны. В левом верхнем углу представлено соответствие между цветами и значениями числа Маха, в правом верхнем углу - отношение текущей длины каверны к высоте.

Просмотр
687,8 КБ


1. Калугин А.И., Луценко А.Ю., Столярова Е.Г. Гистерезисные явления при обтекании затуп-ленных тел в трансзвуковом потоке // Космонавтика и ракетостроение. 2009. Вып. 1 (54). С. 79-93.
2. Гужавин А.И., Коробов Я.П. О гистерезисе сверхзвуковых отрывных течений // Изв. АН СССР. МЖГ. 1984. №2. С. 116-125.
3. Charwat A.F., Roos J.N., Dewey F.C., Hitz J.A. An investigation of separated flows. Part I: The pressure field // J. Aerosp. Sci. 1961. V. 28, № 6, P. 457−470. https://doi.org/10.2514/8.9037
4. Charwat A.F., Roos J.N., Dewey F.C., Hitz J.A. An investigation of separated flows. Part II: Flow in the cavity and heat transfer // J. Aerosp. Sci. 1961. V. 28, № 6, P. 513−527. https://doi.org/10.2514/8.9099
5. Stalling R. L., Wilcox F. J. Experimental Cavity Pressure Distribution at Supersonic Speeds // NASA TP 2683. 1987.
6. Zhang J., Morishita E., Okunuki T., Itoh H. Experimental investigation on the mechanism of flow-type changes in supersonic cavity flows // Trans. Jpn. Soc. Aeronaut. Space Sci. 2002. V. 45, № 149, 170–179. https://doi.org/10.2322/tjsass.45.170
7. Чжен П. Отрывные течения. Том II. М.: Мир, 1973. 280 с.
8. Гаур, И.А., Елизарова Т.Г., Четверушкин Б.Н. Численное моделирование обтекания каверн сверхзвуковым потоком вязкого сжимаемого газа // ИФЖ. 1991. Т. 61. № 4. С. 570-577.
9. Швец А.И. Исследование течения в цилиндрическом вырезе на осесимметричном теле при сверхзвуковом обтекании // Изв. РАН. МЖГ. 2002. №1. С. 123-131.
10. Гувернюк С.В., Синявин А.А. Об управлении гистерезисом сверхзвукового обтекания прямо-угольной каверны с помощью теплового импульса // Успехи механики сплошных сред: к 70-летию академика В. А. Левина: сб. науч. тр. Владивосток: Дальнаука, 2009.
11. Гувернюк С.В., Зубков А.Ф., Симоненко М.М., Швец А.И. Экспериментальное исследование трехмерного сверхзвукового обтекания осесимметричного тела с кольцевой каверной / // Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 4. С. 136–142.
12. Гувернюк С. В., Зубков А. Ф., Симоненко М. М. Экспериментальное исследование сверхзву-кового обтекания осесимметричной кольцевой каверны // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89. № 3. С. 670–679.
13. Гувернюк С. В., Максимов Ф. А. Сверхзвуковое обтекание плоской решетки цилиндрических стержней // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2016. Т. 56, № 6. С. 1025–1033.
14. Mohri K., Hillier R. Computational and experimental study of supersonic flow over axisymmetric cavities // Shock Waves. 2011. Vol. 21. P. 175-191. https://doi.org/10.1007/s00193-011-0312-4
15. Иванов И.Э., Крюков И.А., Ларина Е.В., Тарасевич А.Г. Численное моделирование обтекания осесимметричного тела с кольцевой каверной // Физико-химическая кинетика в газовой дина-мике. 2015. Т. 16. Вып. 2. С.1-10. http://chemphys.edu.ru/issues/2015-16-2/articles/583/
16. Ivanov I.E., Kryukov I.A., Larina E.V., Glushko G.S. Turbulent flow over an axisymmetric body with annular cavity // Journal of Physics: Conference Series. 2017. V. 815. № 1. P. 1–8.
17. Хатунцева О.Н. Классификация гистерезисных функций. Теоретические модели и методы описания // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2012. Т. 13. Вып. 1. С. 1-23. http://chemphys.edu.ru/issues/2012-13-1/articles/300/
18. Sinha J., Das S., Kumar P., Prasad J.K. Computational Investigation of Control Effectiveness on a Near Transition Open and Closed Axisymmetric Cavity // Advances in Aerospace Science and Ap-plications. 2014. V. 4. № 1. P. 45-52.
19. Hamed A., Das K., Basu D. Numerical Simulations of Fluidic Control for Transonic Cavity Flows // 42-ndAIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit: Book of abstracts. - January 5-8, 2004.
20. Gharib M., Roshko A. The effect of flow oscillations on cavity drag // J. Fluid Mech. 1987. V. 177. P. 501-530.
21. Жлуктов С.В., Аксенов А.А., Харченко С.А., Москалёв И.В., Сушко Г.Б., Шишаева А.С. Мо-делирование отрывных течений в программном комплексе FlowVision-HPC//Вычислительные методы и программирование, 2010, Т. 11, № 2, С. 76-87. http://num-meth.srcc.msu.ru/zhurnal/tom_2010/pdf/v11r128.pdf
22. Aksenov A., Dyadkin A., Pokhilko V. Overcoming of barrier between CAD and CFD by modified finite volume method // ASME-PUBLICATIONS-PVP, 1998. V.337, P.79-83.