Large Eddy Simulations of the 3D Subsonic Incompressible and Turbulent Flow over a Fixed Re-Entry Capsule at RE = 10 000 (original) (raw)
Numerical Simulation Intra-Chamber of Unsteady Turbulent Flows Stimulate. Part 1
Bulletin of the South Ural State University. Series "Mathematical Modelling, Programming and Computer Software", 2019
В работе представлена методика моделирования трехмерных внутренних нестационарных турбулентных течений, в частности, течения продуктов сгорания в твердотопливном ракетном двигателе. Приведена система определяющих уравнений, описывающая поток сжимаемого вязкого газа, записанная в цилиндрической системе координат. Предложен вычислительный алгоритм, разработанный на основе модифицированной схемы расщепления векторов потоков, относящийся к классу методов, использующих подход Годунова. Данный алгоритм пригоден для сквозного расчета внутреннего течения по всему тракту ракетного двигателя, включающего как зоны дозвукового течения в камере, так и зону сверхзвукового течения в сопле. Полученные результаты численного моделирования внутреннего турбулентного течения газа в модельном ракетном двигателе показывают осциллирующий ударно-волновой характер процессов, протекающих в камере двигателя на начальном этапе работы. Определено время выхода двигателя на стационарный режим. Ключевые слова: внутрикамерные процессы; турбулентность; нестационарное течение; вычислительная гидрогазодинамика.
RESEARCH OF RESEARCH OF νt-92 TURBULENCE MODEL FOR CALCULATING AN AXISYMMETRIC SOUND JET
Scientific Reports of Bukhara State University, 2020
A comparative analysis of the use of the turbulence model is carried out: the one-parameter Secundov νt-92 model on the problem of an axisymmetric subsonic jet. The calculation results are compared with experimental results on the propagation of speed, voltage, and temperature. The flow is turbulent, therefore, as a mathematical model, the system of Navier-Stokes equations averaged by Reynolds (RANS) is used. For the posed problem, a generalized stream function ψ is introduced. A comparison was made of the results of the νt-92 model with experimental data from [5] the dimensionless axial velocity from the distance to the nozzle
Redchyts Numerical simulation of the viscous incompressible flow around of the group of two bodies
System technologies
Analysis of recent research and publications. It is known that the presence near the body of another body or a solid wall in a flow can significantly change both the overall flow pattern and the aerodynamic characteristics of bodies in a group. Studies of the interaction of bodies in the flow are conducted for a long time. In [6], the results of a study of changes in the overall flow pattern and the form of interaction of vortices behind tandem-arranged circular cylinders are presented. Further, experimental studies of the flow around a group consisting of two cylinders were aimed at classifying flow patterns depending on the position of the group in the flow, the distance between the cylinders and the Reynolds number [1, 2, 9]. A rather complete identification and classification of the pattern of flow was performed in [6, 7]. Studies on the classification and analysis of flow patterns are still being conducted [1]. Studies on the classification of patterns of the flow around group ...
Universum:Technical sciences, 2021
АННОТАЦИЯ В данной статье представлено численное решение параболизованного уравнения Навье-Стокса с использованием «kε» модели турбулентности. Описывается применение двухпараметрической «kε» модели турбулентности, для исследования трехмерной турбулентной однородной струи, истекающей из сопла прямоугольной формы. Рассматривается модифицированная формула Прандтля, позволяющая обезразмеривать координаты и параметры потока, и соответственно приводящие входное сечение сопла в квадратную область. Описывается преимущества и недостатки разработанной методики. ABSTRACT This paper presents a numerical solution of the parabolized Navier-Stokes equation using the "k-ε" turbulence model. The paper describes the application of a two-parameter "k-ε" turbulence model for the study of a three-dimensional homogeneous turbulent jet flowing out of a rectangular nozzle. A modified Prandtl formula is considered, which makes it possible to de-size the coordinates and parameters of the flow, and, accordingly, to bring the inlet section of the nozzle into a square region. Described the advantages and disadvantages of the developed methodology. Ключевые слова: «kε» модель турбулентности, уравнения Навье-Стокса, уравнения переноса, скорость диссипации, турбулентная кинетическая энергия, вихревая вязкость
Kompʹûternye issledovaniâ i modelirovanie, 2023
При взаимодействии сверхзвукового потока воздуха с поперечной вторичной струей, инжектируемой в этот поток через отверстие на плоской стенке, формируется особая структура течения. Это течение имеет место при инжекции топлива в прямоточные камеры сгорания сверхзвуковых авиационных двигателей, поэтому в последние годы в России и за рубежом предлагаются и исследуются разнообразные подходы к интенсификации смешения газов в этом течении. Предлагаемый в данной работе подход состоит в использовании искровых разрядов для импульсного нагрева газа и генерации неустойчивостей в сдвиговом слое на границе вторичной струи. С помощью моделирования в российском программном комплексе FlowVision 3.13 были получены характеристики этого течения при отсутствии и наличии импульсно-периодического локального тепловыделения на стенке с наветренной стороны от отверстия инжектора. Проведено сравнение локальных характеристик при различной периодичности импульсного нагрева (соответствующей значениям числа Струхаля 0,25 и 0,31). Показано, что импульсный нагрев может приводить к стимуляции формирования возмущений в сдвиговом слое на границе струи. Для случая отсутствия нагрева и для двух режимов импульсного нагрева было рассчитано значение интегрального критерия эффективности смешения. Показано, что импульсный нагрев может приводить как к уменьшению среднего значения эффективности смешения, так и к его увеличению (до 9 % в рассмотренном режиме нагрева). Также проведена валидация использованного метода расчета (нестационарные уравнения Навье -Стокса, осредненные по Рейнольдсу, с модифицированной моделью турбулентности k-ε) на примере типового случая взаимодействия сверхзвукового потока с вторичной поперечной струей, изученного несколькими независимыми группами исследователей и хорошо документированного в литературе. Была показана сеточная сходимость расчета этого типового случая во FlowVision. Было проведено количественное сравнение результатов расчетов FlowVision с экспериментальными данными и другими расчетами. Результаты данного исследования могут быть полезны для специалистов, занимающихся проблемами смешения газов и горения в сверхзвуковом потоке, а также разработкой двигателей для сверхзвуковой авиации.
Supersonic flows features in narrow cylindrical ducts
Engineering Journal: Science and Innovation, 2013
Проведено расчетно-теоретическое исследование особенностей течения сверхзвуковых высокоэнтальпийных потоков в узких цилиндрических каналах. Математическая модель базируется на решении полной нестационарной системы уравнений Навье-Стокса в осесимметричной постановке. Расчеты выполнены для ламинарного и турбулентного режимов течения с использованием различных моделей турбулентности. Проанализировано влияние геометрических параметров канала на характеристики течения. Рассмотрены особенности распределения числа Маха по радиусу потока в различных сечениях канала. Показано, что в зависимости от условий имеет место торможение различной интенсивности вплоть до формирования в канале зоны дозвукового течения значительной длины.
Spectral Characteristics of an Incompressible Fluid Flow in Turbulent Boundary Layers
Bulletin of the Moscow State Regional University, 2020
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет) 141701, г. Долгопрудный, Московская область, Институтский пер., д. 9, Российская Федерация Аннотация Цель работы -исследование модели развитого турбулентного течения несжимаемой жидкости в пограничном слое на пластине, основанное на анализе уравнений Навье-Стокса, описывающих поведение амплитуд волн Толлмина-Шлихтинга в одномодовом приближении. Процедура и методы. Рассмотрен слабонелинейный вариант волновой модели развитого турбулентного пограничного слоя. Определены дисперсионные характеристики волн наименее затухающей моды, проанализированы условия множественного 3-х волнового резонанса этой моды волн Толлмина-Шлихтинга. На основе метода многих масштабов получены уравнения для когерентной части. Результаты. В дискретном представлении когерентной структуры показано, что сумма квадратов модулей амплитуд волн в состоянии множественного 3-х волнового резонанса, умноженных на действительные весовые множители, является инвариантом исходной динамической системы. Теоретическая и практическая значимость. Инвариант динамической системы нормируется к единице, и формулируется теория Биркгофа-Хинчина. Ключевые слова: множественный 3-волновой резонанс, несжимаемая вязкая жидкость, турбулентный пограничный слой, волны Толлмина-Шлихтинга, когерентные структуры Благодарность. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-08-00790.
Numerical Eddy-Resolving Modeling of the Ocean: Mesoscale and Sub-Mesoscale Examples
Physical Oceanography
The study addresses rotational motion of geophysical fluids in the horizontal and vertical planes. It is aimed mainly at tracing the development of high-resolution numerical modeling of the ocean, as well as at demonstrating new physical processes due to more correct consideration both of the tides in the eddy-resolving numerical models and sub-mesoscale dynamics in the models of the sea straits. Methods and Results. The ocean eddies and their interaction with tides are studied using numerical simulations by four NEMO models for the European NorthWest shelf with the resolutions ranging from 7 to 1.5 km. The vertical characteristics of motion in the Bosporus Strait were studied using numerical simulations with SCHISM, the unstructured grid model with the ultra-fine model resolution (less than 100 m). The barotropic tidal forcing resulted in substantial flattening of the slopes of the spectral curves. The most important difference between the spectral featurws of four models occurs in the motion rotational component. In the model with the 1.5 km resolution, the magnitude of the vorticity power spectral density at the scales ~70 km is by an order of magnitude higher than in the other three models. Although most of the tidal flattening is associated with the internal tides, beyond a certain horizontal resolution, the eddy dynamics become affected by the barotropic tides. The shelf of the Biscay Bay and the shallows around the Faroe Islands are the most sensitive areas to adding of the barotropic tides to the model forcing. Due to the grid ultra-fine resolution, new elements of physical motion emerged in the Bosporus region. The lateral circulation is dominated by the systems of multiple circulation cells with the scales ~ 1 km. In some areas, the lateral flow magnitude exceeds 0.5 m/s, which is comparable with the magnitude of the axial flow. This reveals importance of the helical elements of the strait circulation for overturning of water masses in the Bosporus. Conclusions. Without proper resolution, the models of tidal oceanic dynamics simulate the ocean general circulation, but do not describe correctly the energy cascades at the eddy scales including interaction between the tides and the mesoscale eddies. Absence of this sub-mesoscale dynamics in the models can largely affect their capability to simulate the two-layer inter-basin exchange.