Математическое моделирование процессов ламинаризации пограничного слоя на перфорированной поверхности с глухими демпфирующими полостями в ускоряющемся потоке

• Автор: Бондаренко, Александр Аркадьевич
• Шифр специальности: 05.13.18, 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Введение

Глава 1. Математическое моделирование турбулентного переноса. Постановка цели и

задачи исследования 8

Основные подходы к моделированию гурбулентности

Способы управления пристенной турбулентностью

Продольные риблеты

Разрушшели вихревых структур

Применение проницаемых поверхностей

Перфорация поверхности

Перфорированная поверхность с демпфирующими полостями

Шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности, обтекаемой потоком с продольным градиентом
давления
Продольный градиент давления
Цели и задачи исследования
Глава 2. Математическая модель турбулентного переноса в
пограничном слое на перфорированной поверхности с демпфирующими полостями в
ускоряющемся потоке
Система уравнений пограничного слоя с воздействиями и краевыми условиями
Численное интегрирование системы уравнений пограничного
слоя
Модель турбулентного переноса в пограничном слое
на перфорированной поверхности с демпфирующими полостями
Экспериментальная установка для исследования течения и сопротивления трения
ускоряющегося турбулентного потока,
обтекающего перфорированную поверхность с демпфирующими
полостями
.Экспериментальный участок
Измерительные приборы
Градуировочная установка
Координатные устройства для перемещения датчика
Методика проведения эксперимента и обработки опытных
данных
Г радуировка датчика
Измерение скорости в пограничном слое
Расчет поверхностного трения экспериментального участка
Измерение среднеквадратичных пульсаций скорости
Глава 3. Результаты экспериментального и расчетного исследования
параметров турбулентного пограничного слоя при обтекании перфорированной
поверхности с глухими демпфирующими полостями в ускоряющемся потоке
Тестовые экспериментальные и численные исследования коэффициента сопротивления
трения
Экспериментальные исследования профиля скорости в пограничном слое
Экспериментальные исследования среднеквадратичных
пульсаций продольной скорости ,
Численное исследование влияния различных факторов на снижение коэффициента
трения при обтекании перфорированной поверхности с глухими демпфирующими
полостями в ускоряющемся
потоке
Количество перфорационных отверстий, приходящихся
на каждую демпфирующую полость
Объем демпфирующей полости
Скорость потока на входе в конфузор
Изменение градиента давления
Численное исследование теплоотдачи турбулентного потока на основном участке
перфорированной поверхности с демпфирующими полостями в ускоряющемся потоке
Пример практического применения результатов исследования
Расчет снижения коэффициента сопротивления трения
поверхности крыла самолета Ил в случае применения
перфорированной поверхности с демпфирующими полостями
Заключение и выводы
Библиографический список использованной литературы
Приложение Л. Проблемноориентированный программный комплекс для расчета
параметров пограничного слоя при обтекании ускоряющимся потоком перфорированной
поверхности с
демпфирующими полостями
Приложение Б. Акт о внедрении результатов диссертационной работы
х, у, г координаты декартовой системы
и, V, Т, р мгновенные параметры потока значения проекций скорости
потока на оси, у, температуры и давления потока соответственно
и, V,й,Т9р осредненные значения проекций скоросги потока на оси, у,
температуры и давления потока соответственно
и V, Т р пульсациопные составляющие проекций скорости потока на оси, у,
, температуры и давления потока соответственно
р, р, А, V, плотноегь, динамический коэффициент вязкости, коэффициент
теплопроводности, кинематический коэффициент вязкости потока соответственно
рт, Яг коэффициенты турбулентного переноса количества движения и теплоты
соответственно
к, Япоказатель адиабаты и газовая постоянная соответственно т время,
касательное напряжение с коэффициент сопротивления трения
д, д, б толщины динамическогопограничного слоя, вытеснения, потери импульса
е кинетическая энергия турбулентного движения е скорость диссипации
турбулентной энергии е
Ь длина, масштаб турбулентности энергонесущих вихрей ае коэффициент,
характеризующий интенсивностъ турбулентных пульсаций
Яе, Рг числа Рейнольдса, Прандгля
К параметр ускорения
, площадь, относительная площадь.
Индексы подстрочные
о начальное значение
со на внешней границе пограничного слоя
гна стенке.
Индексы надстрочные
параметры, приведенные к безразмерному виду.
ВВЕДЕНИЕ


Определяющее влияние на сопротивление трения и теплоотдачу оказывает пристенная турбулентность. Кроме того, кинетическая энергия турбулентного движения мала по сравнению с кинетической энергией осредненного движения потоков в целом, поэтому воздействие на пристенную турбулентность требует небольших по сравнению с воздействием на течение в целом энергетических затрат. Таким образом, снижение сопротивления потока и теплоотдачи на поверхности, за счет воздействия на пристенную турбулентность является весьма эффективным. В литературе наиболее хорошо исследована ламинаризация пограничного слоя под воздействием отрицательного продольного градиента давления, которая сопровождается значительным до . Однако прямого измерения турбулентных характеристик потока в этих работах не проводилось. Огсутствутот также за исключением представленных в работе исследования ламинаризации при совместном влиянии отрицательного продольного градиента давления и демпфирующих полостей. Поскольку в авиации используются поверхности сложной геометрической формы обтекатели, сопла, профили и т. Отсутствие моделей турбулентного переноса, адекватно отражающих реакцию турбулентности на интересующие управляющие воздействия, не позволяли выполнить полноценные исследования по данной проблеме. Создание соответствующих моделей позволило бы проводить целенаправленный поиск наилучших решений на основе предварительного расчетнотеоретического анализа. В этой связи предпринято экспериментальное и расчетное исследование влияния демпфирующих полостей на турбулентные пульсации скорости потока в пограничном слое и коэффициент сопротивления трения на перфорированной поверхности в ускоряющемся потоке потоке с отрицательным продольным градиентом давления. Работа выполнена в рамках реализации федеральной целевой программы Научные и научнопедагогические кадры инновационной России г. ГК П. Предложенные в работе математическая модель и программа расиста сопротивления трения турбулентного ускоряющегося потока внедрены в учебный процесс на специальности . Летная эксплуатация воздушных судов в курсе Аэродинамика и динамика полета магистральных воздушных судов Приложение Б. ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ. Существует три основных подхода к численному моделированию турбулентности . Первый подход прямое численное моделирование. Этот метод является достаточно точным, но требует детального пространственновременного разрешения. Чтобы решить эту систему уравнений, требуется провести большой объем вычислений для различных начальных и граничных условий, поскольку в турбулентном потоке мгновенные значения параметров постоянно изменяются в некоторых пределах около средних значений величин. Кроме того, масштабы образований и частота их пульсации могут отличаться на несколько порядков. Поэтому для решения системы уравнений необходимо использовать очень малые шаги сетки, как по времени, так и по пространственным координатам по сравнению с размерами расчетной области и временем существования крупномасштабных вихрей. Такой расчет представляется громоздкими, поскольку требует больших вычислительных затрат. Прямое численное моделирование в настоящее время возможно для небольших чисел Рейнольдса и ограничивается случаями течений. Второй подход решение систем уравнений, осредненных по Рейнольдсу. Данный метод является более результативным в научном и прикладном отношении. В этом подходе модель воспроизводит только средние значения скорости, а влияние всех флуктуаций учитывается при помощи турбулентных замыканий. V V Л у у р р р. V, й, р. В уравнениях 1. Рейнольдса и уравнение неразрывности, записанные для осредненных параметров потока. Использование системы уравнений 1. IV2 , иу, илм, улм . Совокупность этих. Рейнольдса. Создано большое число моделей турбулентности. Наиболее простыми из них являются те, в которых непосредственно моделирую гея и выражаются эмпирическими функциями сами составляющие тензора кажущихся напряжений. Они являются моделями 1 го порядка. Здесь пространственный масштаб турбулентности, называемый длиной пути смешения.