Численное моделирование отрывных течений с вихревыми и струйными генераторами на основе многоблочных вычислительных технологий

• Автор: Харченко, Валерий Борисович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 253 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ. ОБЗОР ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ ЧИСЛЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЙ. ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕЙ РАБОТЫ
ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЙ. РАЗРАБОТКА МНОГОБЛОЧНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИИ
1.1 Запись уравнений в обобщенных координатах
1.1.1. Обобщенные криволинейные координаты
1.2. Каталог используемых моделей турбулентности.
Г раничные условия
1.2.1 Семейство двухпараметрических диссипативных
к~8 моделей турбулентности
1.2.2 Метод пристеночных функций
1.2.3 Влияние низкорейнольдсовых эффектов в к—Е „
моделях
1.2.4 к—СО модель Саффмена-Вилкокса

1.2.5 Двухслойная зональная к—СО модель Ментера.
1.2.6 Базовая модель
1.2.7 Модель переноса сдвиговых напряжений

1.4. Особенности неявного факторизованного алгоритма
1.3. Постановка сопряженных задач

1.4.1 Построение дискретного аналога
1.4.2 Решение дискретного аналога

1.4.3 Особенности дискретизации явной части

1.4.4 Коррекция давления
1.5. Расчет метрических коэффициентов
1.6. Детали многоблочной процедуры. Расчетные и связанные ячейки. Процедура интерполяции между сетками
1.7. Выводы
ГЛАВА 2. ТЕСТИРОВАНИЕ МНОГОБЛОЧНОГО РАСЧЕТНОГО АЛГОРИТМА. ВЕРИФИКАЦИЯ МОДЕЛИ ТУРБУЛЕНТНОСТИ МЕНТЕРА. АПРОБАЦИЯ ПАКЕТА УР2/3
2.1. Расчет ламинарного течения в кубической каверне
2.2. Расчет ламинарного обтекания глубокой сферической лунки на плоскости
2.3. Расчет обтекания автомобильного профиля вблизи подвижного экрана
2.4. Расчет турбулентного обтекания глубокой лунки со скругленными краями в узком канале
2.5. Верификация модифицированной версии МББТ
2.6. Моделирование турбулентного стационарного и нестационарного обтекания кругового цилиндра с разделительной пластинкой в ближнем следе и без нее
2.7. Моделирование конвективного теплообмена в окрестности неглубокой лунки на плоскости
2.8. Моделирование колебаний физического маятника в квадратной каверне, заполненной вязкой жидкостью
2.8.1 Расчетные сетки.
2.8.2 Расчетные результаты.

2.9. Выводы
ГЛАВА 3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ СТРУЙНО-ВИХРЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЛАМИНАРНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЯХ. АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА ГОЛОВНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ДЛЯ ТЕЛ С ПЕРЕДНЕЙ СРЫВНОЙ ЗОНОЙ

3.1. Циркуляционное движение в кубической каверне
3.2. Несимметричное обтекание цилиндра с соосно расположенным диском
3.2.1. Краткий обзор работ по головной стабилизации
3.2.2. Постановка задачи
3.2.3. Анализ результатов
3.3. Ламинарное отрывное течение в глубокой сферической лунке на плоскости
ГЛАВА 4. УПРАВЛЕНИЕ ОБТЕКАНИЕМ ТЕЛ С ВИХРЕВЫМИ И СТРУЙНЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ
4.1. Численный анализ механизма смерчевой интенсификации теплообмена на рельефах с лунками_
4.1.1. Турбулентное обтекание уединенной мелкой лунки на плоскости
4.1.2. Конвективный теплообмен в окрестности уединенной лунки умеренной глубины на плоской стенке_
4.1.3. Турбулентное обтекание и теплообмен в окрестности уединенной лунки переменной глубины в узком канале
4.1.4. Пакет лунок на стенке узкого плоскопараллельного канала
4.1.5. Теплогидравлическая эффективность узкого канала с лунками на одной из стенок

3.4. Выводы

2аш=та-$М + ШД‘2(№ - 1)Д сск^. О»)
с!(
В программе при расчете момента просто интегрируются силы по поверхности, без отнесения к какой-либо площади, причем давление относится к рУ2, а не к рУ212. Это соответствует несколько иному обезразмериванию момента, а именно м ]}ру2. В этом случае уравнение
а а
движения примет вид
1— = М т + ПРг~2(т- 1)л соэ<27. (1-57)
<8 а
Максимальная величина скорости движения маятника без учета влияния гидродинамических сил и и диаметр цилиндра с1 приняты в качестве масштабов обезразмеривания.
Для решения задачи о двумерном нестационарном ламинарном обтекании несжимаемой вязкой жидкостью кругового цилиндра применяется математическая модель, основанная на системе уравнений Навье-Стокса.
1.4. Особенности разработки неявного факторизованного
алгоритма.
Разработка многоблочных вычислительных технологий [150] во многом обусловлена развитием численных исследований обтекания тел с вихревыми ячейками, которые стимулировали проведение моделирования разномасштабных течений на совокупности Н- и О- образных сеток с их частичным пересечением. Такой подход позволяет использовать сетки простой топологии для описания довольно сложных объектов с многосвязными областями и одновременно корректно отображать разнообразные структурные элементы течения.
Известно (например, [147]), что для явных схем имеет место ограничение на размер шага расчетной сетки, так называемое условие Куранта, Фридрихса и Леви (КФЛ), превышение которого приводит к "развалу" вы-