Numerical Study of Swirling Jet Streams Based on Modern Turbulence Models

В данной статье рассматривается закрученная струя, основанная на двухжидкостной модели турбулентности. Эта задача, несмотря на свою простоту, является довольно сложной задачей для многих моделей турбулентности, поскольку в закрученных потоках наблюдается анизотропная турбулентность. Поэтому многие современные модели RANS не способны описать такие течения даже качественно. Двухжидкостная модель, используемая в данной работе, была разработана недавно. Новаторская работа показывает, что основой для построения этой модели является возможность представления турбулентного потока как гетерогенной смеси двух жидкостей. Подход был предложен Сполдингом. Идея этого подхода состоит в том, чтобы представить турбулентность как взаимопроникающее движение двух жидкостей, причем пульсирующий характер турбулентного потока обусловлен их относительным перемещением. Для каждой жидкости записывается собственное уравнение движения, что приводит к замкнутой системе уравнений. Эти исследования также показывают, что разработанная двухжидкостная модель способна адекватно описывать сложную анизотропную турбулентность. Для численной реализации уравнений турбулентной осесимметричной закрученной струи использовались равномерная шахматная сетка расчетов и метод контрольного объема, а коррекция скорости проводилась простым способом. Полученные численные результаты сравниваются с экспериментальными данными из базы данных ERCOFTAC. Показано, что результаты двухжидкостной модели, несмотря на использование довольно грубой расчетной сетки, удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.