Detailed Comparative Analysis of Interaction of a Supersonic Flow with a Transverse Gas Jet at High Pressure Ratios

Autor: Beketaeva, Assel, Bruel, Pascal, Naimanova, Altynshash Zh.
Přispěvatelé: Al-Farabi Kazakh National University, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Mathématiques et de leurs Applications [Pau] (LMAP), Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Computational AGility for internal flows sImulations and compaRisons with Experiments (CAGIRE), Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA), Institute of Mathematics and Mathematical Modeling [Kazakhstan]
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Technical Physics / Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki
Technical Physics / Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki, MAIK Nauka/Interperiodica (МАИК Наука/Интерпериодика), 2019, 64 (10), pp.1430-1440. ⟨10.1134/S1063784219100049⟩
ISSN: 1063-7842
1090-6525
DOI: 10.1134/S1063784219100049⟩
Popis: International audience; Поступило в Редакцию 17 января 2019 г. В окончательной редакции 17 января 2019 г. Принято к публикации 24 апреля 2019 г. Проведено исследование взаимодействия пространственного сверхзвукового турбулентного потока газа с вдуваемой перпендикулярно со стенки звуковой струей, направленное на выявление и углубленное пони-мание механизмов образования вихрей за вдуваемой звуковой струей в сверхзвуковом натекающем потоке в зависимости от (отношение давления в струе к давлению в потоке). Решение трехмерных осредненных по Фавру уравнений Навье−Стокса, замкнутых k−ω моделью турбулентности, осуществляется с помощью алгоритма, построенного на основе ENO-схемы высокого порядка аппроксимации. Показано присутствие известных из ряда теоретических работ вихревых структур. Определены параметры нерасчетности, при которых появляется дополнительная пара вихрей, где одна пара возникает в результате взаимодействия замедленного потока струи за диском Маха и высокоскоростного восходящего внешнего потока струи, а вторая обусловлена взаимодействием потока над струей с бочкообразной структурой. В результате сравнительного анализа выявлены условия, при которых наблюдается четкая картина дополнительных роговых вихрей вблизи стенки в области за струей. Получена зависимость угла наклона головного скачка уплотнения от параметра нерасчетности. Установлено удовлетворительное согласие распределения давления на стенке перед струей в плоскости симметрии с экспериментальными данными. Ключевые слова: численное моделирование, сверхзвуковое течение, совершенный газ, пограничный слой, уравнения Навье−Стокса, параметр нерасчетности, ударная волна. Введение Течения высокоскоростных струй в поперечном по-токе обеспечивают эффективное смешивание топли-ва и окислителя, имеющего решающее значение для сверхзвукового горения. На данный момент известно большое количество экспериментальных [1-5] и теоре-тических [6-14] исследований, в которых достаточно хорошо изучен механизм образования ударно-волновой структуры струйного взаимодействия для умеренных параметров нерасчетности n (отношение давления в струе к давлению в потоке). Общую картину течения схематически можно представить следующим образом (рис. 1, a-пространственная картина, b-на линии симметрии): линия 1-головной скачок уплотнения, возникающий вследствие торможения набегающего по-тока перед струей, линии 2, 3-косой и замыкающий скачки уплотнения соответственно. Головной, косой и замыкающий скачки уплотнения, пересекаясь в одной точке, образуют λ-образную структуру. Буквами D и B обозначены диск Маха и бочкообразная структура в струе соответственно. Линиями 4 и 5 изображены хоро-шо известные два противоположно вращающихся вихря перед струей, появляющихся из-за большого градиен-та давления, создаваемого на стенке перед вдуваемой струей и, как следствие, отрыва пограничного слоя. На рис. 1, c схематически иллюстрируется вихревая структура за струей, которая, как известно, вносит существенный вклад в смешение топлива и окислите-ля. Здесь линией 6 представлен вихревой след, 8-это общеизвестная противоположно-вращающаяся пара вихрей в самой струе, образованная прогибом струи и конвекцией поперечного потока, также здесь приведен подковообразный вихрь 7. Однако в работе [9] в результате численного модели-рования течения с параметром нерасчетности n = 282 и в расчетах [13], проведенных с параметрами нерас-четности в диапазоне 10 ≤ n ≤ 50, выявлено наличие дополнительных пар вихрей за струей, которая схемати-чески также иллюстрируется на рис. 1, c. В этой картине новыми являются вихревые структуры 9 и 10, где пара вихрей 9 возникает за счет взаимодействия струи, прохо-1513
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: