Численное моделирование аэродинамики простых геометрий с использованием приближенного вычисления потоков через грань расчетной ячейки методом AUSM±up2


Просмотр статьи
PDF, 976,0 КБ

Numerical simulation of aerodynamics of simple geometries using approximate calculation of flow through the facet of the computational cell using the AUSM±up2 method

A three-dimensional distribution of a high-velocity gas flow around simple geometric models on an unstructured grid was calculated. The obtained results were verified.
It was realized by using HySol computer code and UST3D family of computer codes, which implement the donor cell method and schemes of the AUSM family of algorithms for calculating flows through the facet of the computational cell. These codes were developed in IPMech RAS. They are based on the model of a viscous compressible heat-conducting gas, which is described by a spatial non-stationary system of Navier-Stokes equations, solved on three-dimensional unstructured tetrahedral meshes.

AUSM+-up2 scheme, Navier-Stokes equations, perfect gas, unstructured mesh, cross-verification.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.23.1.983


Том 23, выпуск 1, 2022 год



Проведено трехмерное численное моделирование обтекания высокоскоростным потоком газа простых геометрических моделей на неструктурированной сетке. Была произведена верификация полученных результатов.
Для численного моделирования использовались компьютерный код HySol и семейство компьютерных кодов UST3D, реализующих метод донорных ячеек и схемы семейства AUSM алгоритмов для вычисления потоков через грань расчетной ячейки. Данные коды были разработаны в ИПМех РАН. В основе кодов лежит модель вязкого сжимаемого теплопроводного газа, которая описывается пространственной нестационарной системой уравнений Навье-Стокса, решаемой на трехмерных неструктурированных тетраэдральных сетках.

схема AUSM+-up2, уравнения Навье-Cтокса, совершенный газ, неструктурированная сетка, перекрестная верификация

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.23.1.983


Том 23, выпуск 1, 2022 год



1. Schmisseur J.D. A Hypersonics Into the 21st Century: A Perspective on AFOSR-Sponsored Research in Aerothermodynamics // 43rd AIAA Fluid Dynamics Conference, June 2013.
2. Bertin J. Hypersonic Aerothermodynamics // AIAA Education Series, 1994. P. 627.
3. Лунев В.В. Гиперзвуковая аэродинамика. М.: Машиностроение, 1975. 328 с.
4. Anderson J. Hypersonic and High-Temperature Gas Dynamics Second Edition // AIAA Education Series, 2006.
5. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. Применение метода расщепления по физическим процессам для расчета гиперзвукового обтекания пространственной модели летательного аппарата сложной формы // ТВТ, Т. 51, № 6, 2013. С. 897–911.
6. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. Расчет гиперзвукового обтекания тел сложной формы на неструктурированных тетраэдральных сетках c использованием схемы AUSM // ТВТ, Т. 52, № 2, 2014. С. 283–293.
7. Surzhikov S.T. Validation of computational code UST3D by the example of experimental aerodynamic data // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 815 012023.
8. Яцухно Д.С., Суржиков С.Т. Метод расщепления по физическим процессам в задаче моделирования обтекания перспективного высокоскоростного летательного аппарата // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, № 1, 2018. С. 20–33.
9. Суржиков С.Т. Компьютерная аэрофизика спускаемых космических аппаратов. Двухмерные модели. М.: Физматлит, 2018. 544 с.
10. Суржиков С.Т. Аэрофизика гиперзвукового потока у поверхности спускаемого космического аппарата на высотах менее 60 км // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки, № 5 (68), 2016. С. 33‒45.
11. Забарко Д.А., Котенев В.П. Численное исследование ламинарных течений вязкого химически реагирующего газа около затупленных тел // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки, № 1 (20), 2006. С. 77‒95.
12. Суржиков С.Т. Численная интерпретация экспериментальных данных по аэродинамике модели HB-2 с использованием компьютерных кодов USTFEN и PERAT-3D // Физико-химическая кинетика в газовой динамике, Т. 21, № 1, 2020.
13. Крюков И.А., Иванов И.Э., Ларина Е.В. Программный комплекс расчета высокоскоростных течений hySol // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2021. Т. 22. № 1.
14. Ермаков М.К., Крюков И.А. Верификация и валидация аэродинамических расчетных комплексов на примере задачи обтекания острых и затупленных конусов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике, Т. 22, № 4, 2021.
15. Калугин ВТ, редактор. Аэродинамика. 2-е изд. М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 2017. 607 с.
16. Марчук Г.И. Методы расщепления. М.: Наука, 1988. 263 с.
17. Liou M.S., Steffen Jr. C.J. A new flux splitting scheme // J. Comp. Phys. 1993. Vol. 107. No. 1. pp. 23-39.
18. Roache P.J. Computational Fluid Dynamics. Hermosa Publishers, 1972. P. 434.
19. Kim K.H., Kim C., and Rho O.H. Methods for the Accurate Computations of Hypersonic Flows I. AUSMPW+ Scheme. // Journal of Computational Physics, Vol. 174, No. 1, November 2001. pp. 38-80.
20. Liou M.S. A Sequel to AUSM, Part II: AUSM+-up // J. Comput. Phys, Vol. 214, 2006. pp. 137-170.
21. Chang C.H., Liou M.S. A New approach to the simulation of compressible multifluid flows with AUSM+ scheme // 16th AIAA CFD Conference. Orlando, FL. June 23-26, 2003. AIAA Paper 2003-4107.
22. Сильвестров П.В., Суржиков С.Т. Расчет аэротермодинамики высокоскоростного летательного аппарата X-43 с использованием компьютерных кодов UST3D и UST3D-AUSMPW // Физико-химическая кинетика в газовой динамике, Т. 20, № 4, 2019.
23. Kitamura K., Liou M.S., and Chang C.H. Extension and Comparative Study of AUSM-Family Schemes for Compressible Multiphase Flow September 2014. Vol. 16. No. 3. pp. 632 674.
24. Liou M.S. A Sequel to AUSM: AUSM+ // J. Comput. Phys, 1996. pp. 364-382.
25. Van Leer B. Flux-vector splitting for the Euler equations // 8th Int. Conf. on Num. Meth. in Fluid Dyn. Lecture Notes in Physics. Berlin: Springer. 1982. pp. 507-512.
26. SolidWorks. Практическое руководство. М.: Бином, 2004.
27. Красильщиков А.П., Гурьяшкин Л.П. Экспериментальные исследования тел вращения в гиперзвуковых потоках. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 208 с.
28. ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная.
29. Geuzaine C., Remacle J.F. Gmsh: a three-dimensional finite element mesh generator with built-in pre- and post-processing facilities. // International Journal fo Numerical Methods in Engineering, No. 79 (11), 2009. pp. 1309-1331.