Reynolds Analogy Coefficient in a Compressible Turbulent Boundary Layer with a Pressure Gradient
Using a three-parameter differential RANS turbulence model, a numerical study of a compressible turbulent boundary layer in a supersonic flow with a positive and negative pressure gradient was carried out, which was realized by changing the Mach number of the incoming flow along the length of the plate. The study was carried out for a number of values of the input Mach number (from 1 to 3) and two values of the temperature factor (0.5 and 1.5). Using the results of calculations of the flow and heat transfer characteristics, the dependences of the Reynolds analogy coefficient on two pressure gradient parameters are obtained. Keywords: RANS model of turbulence, Mach number, pressure gradient, coefficient of friction, Stanton number, temperature factor, Reynolds analogy coefficient.
RANS model of turbulence, Mach number, pressure gradient, coefficient of friction, Stanton number, temperature factor, Reynolds analogy coefficient
С использованием трехпараметрической дифференциальной RANS-модели турбулентности проведено численное исследование сжимаемого турбулентного пограничного слоя в сверхзвуковом потоке с положительным и отрицательным градиентом давления, который был реализован за счет изменения числа Маха набегающего потока по длине пластины. Исследование проведено для ряда значений входного числа Маха (от 1 до 3) и двух значений величины температурного фактора (0.5 и 1.5). С использованием результатов расчетов характеристик течения и теплообмена получены зависимости коэффициента аналогии Рейнольдса от двух параметров градиента давления.
RANS-модель турбулентности, число Маха, градиент давления, коэффициент трения, число Стантона, температурный фактор, коэффициент аналогии Рейнольдса
1. Гиневский А.С., Иоселевич В.А., Колесников А.В. и др. Методы расчета турбулентного пограничного слоя // Итоги науки и техн. Сер. Механика жидкости и газа. М.: ВИНИТИ. 1978 Т. 11. С 155-304. 2. Иевлев В.М. Турбулентное движение высокотемпературных сплошных сред. М.: Наука, 1975. 256 с. 3. Авдуевский В.С. Метод расчета пространственного турбулентного пограничного слоя в сжимаемом газе // Изв. АН СССР. ОТН. Механика и машиностроение. 1962. № 4. С. 3-12. 4. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. М.: Энергия. 1972. 342 с. 5. Ковалев В.И., Лущик В.Г., Сизов В.И., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель турбулентности: численное исследование пограничного слоя в сопле с завесным охлаждением // Изв. РАН. МЖГ. 1992. № 1. С. 48-57. 6. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель сдвиговой турбулентности // Изв. АН СССР. МЖГ. 1978. № 3. С. 13-25. 7. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Трехпараметрическая модель турбулентности: расчет теплообмена // Изв. АН СССР. МЖГ. 1986. № 2. С. 40-52. 8. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Турбулентные течения. Модели и численные исследования (обзор) // Изв. РАН. МЖГ. 1994. № 4. С. 4-27. 9. Лущик В.Г., Якубенко А.Е. Сравнительный анализ моделей турбулентности для расчета пристенного пограничного слоя //Изв. РАН. МЖГ. 1998. № 1. С. 44-58. 10. Лущик В.Г., Якубенко А.Е. Сверхзвуковой пограничный слой на пластине. Сравнение расчета с экспериментом // Изв. РАН. МЖГ. 1998. № 6. С. 64-78. 11. Clauser F.H. Turbulent Boundary Layers in Adverse Pressure Gradients // Journal of the Aeronautical Sciences. 1954. Vol. 21. P. 91-108. 12. J. P. Monty, Z. Harun, and I. Marusic, “A parametric study of adverse pressure gradient turbulent boundary layers,” Int. J. Heat Fluid Flow 32, 575 (2011). 13. G. Araya and L. Castillo, “Direct numerical simulations of turbulent thermal boundary layers subjected to adverse streamwise pressure gradients,” Phys. Fluids 25, 095107 (2013). 14. Z. Harun, J. P. Monty, R. Mathis, and I. Marusic, “Pressure gradient effects on the large-scale structure of turbulent boundary layers,” J. Fluid Mech. 715, 477 (2013). 15. M. B. Melnick and B. S. Thurow, “Comparison of large-scale three-dimensional features in zero and adverse-pressure gradient turbulent boundary layers,” AIAA J. 53, 3686 (2015). 16. Kiselev N.A., Leontiev A.I., VinogradovYu.A., Zditovets A.G., Popovich S.S. Heat transfer and skin-friction in a turbulent boundary layer under anon-equilibrium longitudinal adverse pressure gradient // International Journal of Heat and Fluid Flow. 89 (2021) 108801. 17. Лущик В.Г., Макарова М.С. Численное исследование турбулентного пограничного слоя с положительным градиентом давления // Изв. РАН. МЖГ. 2022. № 3. С. 102-114. 18. Лущик В.Г., Макарова М.С. Коэффициент аналогии Рейнольдса в пограничном слое на пластине. Влияние молекулярного числа Прандтля, вдува (отсоса) и продольного градиента давления // Тепловые процессы в технике. 2017. Т. 9. № 11. С. 482-488. 19. Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. Ламинаризация потока при течении с теплообменом в плоском канале с конфузором // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 1. С. 68-77. 20. Лущик В.Г., Макарова М.С., Медвецкая Н.В., Решмин А.И. Численное исследование течения и теплообмена в плоских каналах переменного сечения // Тепловые процессы в технике. 2019. Т. 11. № 9. С. 386-394. 21. Лущик В.Г., Решмин А.И., Тепловодский С.Х., Трифонов В.В. Численное моделирование течения и теплообмена в плоском конфузоре // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т.25(1). С. 1-16. http://chemphys.edu.ru/issues/2024-25-1/articles/1082/ 22. Лущик В.Г., Решмин А.И. Численное моделирование ламинаризации течения в каналах с отрицательным градиентом давления // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2024. Т.25(4). С. 1-19. http://chemphys.edu.ru/issues/2024-25-4/articles/1121/ 23. Лущик В.Г., Павельев А.А., Якубенко А.Е. Уравнение переноса для турбулентного потока тепла. Расчет теплообмена в трубе // Изв. АН СССР. МЖГ. 1988. № 6. С. 42-50. 24. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М: Наука, 1974. 711 с. 25. Лущик В.Г., Павельев А.А. Решмин А.И., Якубенко А.Е. Влияние граничных условий на переход к турбулентности в пограничном слое на пластине при большом уровне внешних возмущений // Изв. РАН. МЖГ. 1999. № 6. С. 111-119.
