Kirilovskiy S. Boiko A. Poplavskaya T.
К вопросу ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое при продольном обтекании прямого двугранного угла
Reporter: Kirilovskiy S.
Течение вдоль линии пересечения двух плоскостей часто встречается на практике и относится к общему комплексу пространственных задач механики вязкой жидкости. К настоящему времени не создано универсального подхода для решения такой задачи.
В работе рассматривается задача дозвукового обтекания простейшей модели двугранного угла, образованного из двух пересекающихся друг с другом пластин, с целью изучения взаимодействия двух смежных плоских пограничных слоев для последующего использования полученных данных при моделировании ламинарно-турбулентного перехода (ЛТП). Главную сложность при этом представляет нетривиальная геометрия течения, особая структура основного ламинарного течения и наличие двух типов неустойчивых возмущений, которые могут быть ответственны за переход к турбулентности. Работа включает разработку расчетной и теоретической составляющих с анализом экспериментальных данных по ламинарно-турбулентному переходу в угловых конфигурациях [1]:
• Проведено численное моделирование двумерного обтекания пластины (горизонтальная пластина в модели двугранного угла) на основе программ расчета полных уравнений Навье-Стокса (ANSYS Fluent);
• Проведено численное моделирование основного ламинарного течения в угле на основе программ расчета трехмерных уравнений Навье-Стокса (ANSYS Fluent);
• Выведены уравнения в приближении пограничного слоя для несимметричных автомодельных течений вязкой несжимаемой жидкости вдоль прямого неограниченного угла с продольным градиентом давления течения;
• Разработана программа расчета основного ламинарного течения в угле с помощью автомодельных уравнений пограничного слоя (MATLAB);
• Выполнено сравнение результатов, полученных этими двумя способами и сравнение с экспериментальными данными.
В численном моделировании в рамках двумерных уравнений НавьеСтокса для определения положения ЛТП на пластине использовалась известная модель Transition SST [2]. Диагностика ламинарно-турбулентного перехода проведена по распределению напряжений сдвига. Сравнение полученных данных с экспериментальными зависимостями коэффициента перемежаемости [1] от местного числа Рейнольдса показали согласие расчета и эксперимента.
В численном моделировании основного ламинарного течения в двугранном на основе программ расчета трехмерных уравнений НавьеСтокса и в расчетах с помощью автомодельных уравнений погранслойного типа с использованием спектральных методов получены реалистичные картины ламинарного течения. Расчетные поля векторов скорости поперечного течения вблизи передней кромки показали наличие поперечного циркуляционного движения. Это согласуется с имеющимися в литературе представлениями об основном механизме переноса количества движения вдоль биссекторной плоскости и стенок.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 16-08-00354).
Литература
1. Nomura Y., Terada H. On the transition of corner boundary layer // Trans. Jpn. Soc. Aeronaut. Space Sci. 1978. V. 21. November. P. 111–117.
2. Menter F.R., Langtry R., Völker S. Transition modelling for general purpose CFD codes // Flow, Turbul. Combust. 2006. V. 77. No. 1–4. P. 277–303
To reports list