Численное исследование структуры отрывного течения при сверхзвуковом обтекании угла сжатия

• Автор: Шведченко, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Жуковский
• Количество страниц: 94 с. : ил.

ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ОТРЫВНОГО ТЕЧЕНИЯ ПРИ СВЕРХЗВУКОВОМ ОБТЕКАНИИ УГЛА СЖАТИЯ
Содержание
Введение
Глава 1. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ФАКТОРА НА ОТРЫВНОЕ
ТЕЧЕНИЕ ПРИ ФИКСИРОВАННОМ ЧИСЛЕ РЕЙНОЛЬДСА.
1.1 Методика численного исследования
1.2 Расчетная область и граничные условия
1.3 Расчетные аналитические и адаптивные сетки
1.4 Влияние температурного фактора на распределение давления
1.5 Вихревые структуры и поперечные составляющие градиента давления
1.6 Тепловой поток
1.7 Влияние температурного фактора на смещение центра давления.
1.8 Выводы
Глава 2. ВЛИЯНИЕ ЧИСЛА РЕЙНОЛЬДСА НА ОТРЫВНОЕ ТЕЧЕНИЕ
И ВТОРИЧНЫЙ ОТРЫВ ПРИ СВЕРХЗВУКОВОМ
ОБТЕКАНИИ УГЛА СЖАТИЯ
2.1 Методика численного исследования
2.2 Расчетные сетки
2.3 Граничные условия и методика получения решения
2.4 Влияние числа Рейнольдса и температурного фактора на
размеры области отрыва
2.5 Стадии развития области отрыва
2.6 Распределения давления и напряжения трения
2.7 Вторичный отрыв и вихревые структуры
2.8 Поперечные составляющие градиента давления
2.9 Сравнение с решениями в рамках уравнений асимптотической теории отрыва
2.10 Верификация решения на различных сетках
2.11 Выводы
Глава 3. ВЛИЯНИЕ ЧИСЛА МАХА И СРАВНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И РАСЧЕТНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРИ СВЕРХЗВУКОВОМ ОБТЕКАНИИ УГЛА СЖАТИЯ
3.1 Условия и методика расчетных исследований
3.2 Числа Рейнольдса зарождения первичного и вторичного отрыва
3.3. Верификация численных решений
3.4. Влияние числа Маха и Рейнольдса на отрывное течение
3.5. Влияние числа Маха и Рейнольдса на смещение центра давления
3.6. Сравнение результатов экспериментальных исследований с результатами численных расчетов
3.6.1. эксперимент [Chapman 1958]
3.6.2. эксперимент [Holden 1969, 1978]
3.6.3. эксперимент [Carter 1972] и [WORKSHOP 1991]
3.6.4. эксперимент [Simeonides 1995]
3.7 Анализ экспериментальных результатов по параметру подобия £м
3.8 Выводы
Глава 4. ТРЕХМЕРНЫЙ ВТОРИЧНЫЙ ОТРЫВ ПРИ
СВЕРХЗВУКОВОМ ОБТЕКАНИИ УГЛА СЖАТИЯ
4.1. Методика численного исследования
4.2. Граничные условия
4.3. Двумерные решения и гистерезис вторичного отрыва
4.4 Начальное приближение и трехмерные решения
4.5. Линейная стадия развития трехмерного вторичного отрыва
4.6. Нелинейная стадия развития трехмерного вторичного отрыва
4.7. Верификация результатов численного анализа
4.8. Обсуждение
4.9. Выводы
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Исследование отрывного течения в сверхзвуковом потоке вязкого газа около плоской пластины, когда отрыв вызван отклонением на угол 0 задней части пластины (рис. 1), представляет интерес, как для дальнейшего развития теории отрывных течений, так и для изучения прикладных задач, в которых при полете с большой сверхзвуковой скоростью отношение температуры поверхности тела к температуре торможения набегающего потока (температурный фактор Т№) становится малым. Важно заметить, что при исследовании моделей в аэродинамических трубах отличие значений температурного фактора от его значений при полете может быть настолько велико (табл. 1), что может приводить к значительным отклонениям аэродинамических характеристик и тепловых потоков в аэродинамической трубе от их значений в условиях полета в атмосфере.
Рис. 1. Схема течения: 1-невязкий сверхзвуковой поток, 2-основная часть пограничного слоя, 3-вязкий подслой, 4-слой смешения.
Таблица 1. Температурный фактор при полете в атмосфере ( 000°К) и трубный.
Н, км М=10 15 20 25 м То Т А У
40 0.193 0.0858 0.048 — 3-5 750 0.
50 0.182 0.0807 0.046 — 6-10 1075 0.
60 0.196 0.0807 0.045 — 10, 12, 14, 18 2600 0.
70 0.227 0.101 0.057 0.

Таблица 2.1. Классификация стадий отрыва.
№ Характеристика Особенности
0 <1.5 Безотрывное течение Гладкое распределение давления
1 ~2 Отрыв с гладким трением Практически отсутствует полка давления
2 ~3 Отрыв с искажением по трению Начало формирование полки давления
3 4-5 Зарождение вторичного отрыва Сходимость по сеткам, смещение полки давления от угловой точки, появление провала в распределении давления по поверхности
4 5-6 Стационарный вторичный отрыв Формирование первых вихрей, появление различий для аналитических сеток с разным количеством узлов, применение адаптивных сеток
5 7-8 Зарождение нестационарное вторичного отрыва Рост количества вихрей, значительные различия решений для аналитических сеток с разным количеством узлов, грубые сетки - стационарные, подробные - нестационарные, динам.адаптивные сетки
6 -10 Нестационарный отрыв На всех сетках нестационарность, усложнение структуры вихрей
Таблица 2.2. Значения номера стадии отрыва и параметра с« (в скобках) при различных значе-
ниях угла 0 и числа Ке для температурного фактора: слева Т«=0.1, справа '1,=1 ( «-» расчеты не проводились, «*» отмечено в тексте в п.2.7.)
Яе/0° 2.5 3.75 5 7.5 10 15
МО3 0(1.47)0 0(1.96)
З'Ю3 -(1.29)- 0(1.94) 1 1 (2.58)
1-Ю4 -(1.31)- 0(1.75)1 1 (2.62) 1 2(3.49)
3-Ю4 -(1.15)- 0(1.72)1 1 (2.30) 1 2(3.45)2 3 (4.59)
МО5 -(1.16)- 0(1.55)0 1 (2.33) 1 2(3.10)2 3 (4.66) 3 4(6.21) 4*
3-Ю3 -(1.02)- -(1.53)- 0 (2.04) 1 2 (3.06) 2 3 (4.08) 3 4(6.13) 4* 5(8.17) 5*
МО6 0(1.38)0 - (2.07) — 1 (2.76) 1 3(4.14)3 4(5.51) 4* 5(8.28) 5* 6(11.0)
з-юь 0(1.82) 1 - (2.72) - 2 (3.63)2 4 (5.45) 4* 5(7.26) 5* -(10.9)- -(14.5)-
1-Ю7 1 (2.45) 1 — (3.68) — 3(4.91)3 5 (7.36) 5* 6(9.81)6 -(14.7)- -(19.6)-
3-Ю' 2 (3.23) 2 -(4.84)-
1-Ю* 3 (4.26) 3 -(6.55)-