Учёт влияния благоприятного градиента давления при моделировании ламинарно-турбулентного перехода в рамках подхода RANS
Автор: Штин Р.А., Савельев А.А.
Журнал: Труды Московского физико-технического института @trudy-mipt
Рубрика: Механика
Статья в выпуске: 1 (61) т.16, 2024 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрена проблема моделирования ламинарно-турбулентного перехода в присутствии благоприятного градиента давления, а также методы моделирования переходных течений, основанные на решении уравнений Рейнольдса. Дан подробный анализ формулировки модели ламинарно-турбулентного перехода SST-y-alg из семейства LCTM. Продемонстрировано, что эта модель не воспроизводит эффект «ламинарной корзины» при обтекании аэродинамического профиля. Предложена модификация модели SST-y-alg, учитывающая влияние благоприятного градиента давления на положение ламинарно-турбулентного перехода. Модификация заключается в увеличении критического числа Рейнольдса в области благоприятного градиента давления с помощью дополнительного множителя-поправки. Для тестирования модифицированной модели рассматриваются две задачи: ламинарно-турбулентный переход на пластине и обтекание аэродинамического профиля NLF(l)-0414F. Показано, что применение модифицированной модели приводит к лучшему согласованию расчётных и экспериментальных данных при моделировании естественного сценария перехода. Также продемонстрировано, что модифицированная модель SST-y-alg воспроизводит эффект «ламинарной корзины» с достаточной для практических приложений точностью.
Пограничный слой, ламинарно-турбулентный переход, благоприятный градиент давления, модель sst-y-alg, lctm, ламинарная корзина, ewt-цаги
Короткий адрес: https://sciup.org/142241773
IDR: 142241773 | УДК: 532.526.3
Taking into account the influence of favorable pressure gradient for modeling the laminar-turbulent transition in the RANS approach
The problem of modelling the laminar-turbulent transition in the presence of a favourable pressure gradient is considered. Methods of modelling transient flows based on the solution of Reynolds equations are considered. A detailed analysis of the formulation of the laminar-turbulent transition model SST-y-alg from the LCTM family is given. It is demonstrated that this model does not reproduce the «drag bucket» effect in airfoil flow. A modification of the SST-y-alg model, which takes into account the influence of a favourable pressure gradient on the position of the laminar-turbulent transition, is proposed. The modification consists in increasing the critical Reynolds number in the region of favourable pressure gradient by means of an additional correction multiplier. To test the modified model, two problems are considered: laminar-turbulent transition on a plate and flow over an NLF(l)-0414F airfoil. It is shown that the application of the modified model leads to better agreement of computational and experimental data when modelling the natural transition scenario. It is also demonstrated that the modified SST-y-alg model reproduces the «drag bucket» effect with sufficient accuracy for practical applications.
Список литературы Учёт влияния благоприятного градиента давления при моделировании ламинарно-турбулентного перехода в рамках подхода RANS
- Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model // Turbulence, Heat and Mass Transfer. 2003. V. 4, P. 625–632.
- Smith A.M.O., Gamberoni N. Transition, pressure gradient, and stability theory, Douglas aircraft co, Report N es. 26388, 1956.
- van Ingen J.L. A suggested Semi-empirical Method for the Calculation of the Boundary Layer Transition Region, Delft University, Report N VTH-71 and 74 1956.
- Abu-Ghannam B.J., Shaw R. Natural Transition of Boundary Layers — The Effect of Turbulence, Pressure Gradient, and Flow History // Journal of Mechanical Engineering Scince. 1980. V. 22, I. 5. P. 213–228.
- Menter F.R., Esch T., Kubacki S. Transition Modelling Based On Local Varibales // Engineering Turbulence Modelling and Experiments. 2002. N 5. P. 555–564.
- Menter F.R., Langtry R.B., Likki S.R., Suzen Y.B., Huang P.G., V”olker S. A Correlation- Based Transition Model Using Local Variables – Part I: Model Formulation // Journal of Turbomachinery. 2006. V. 128. P. 413–422.
- Langtry R.B., Menter F.R., Likki S.R., Suzen Y.B., Huang P.G., V”olker S. A Correlation- Based Transition Model Using Local Variables – Part II: Test Cases and Industrial Applications // Journal of Turbomachinery. 2006. V. 128. P. 423–434.
- Menter F.R., Smirnov P.E., Lio T., Avancha R. A One-Equation Local Correlation-Based Transition Model // Flow Turbulence Combust. 2015. V. 95. P. 583–619.
- Матяш Е.С., Савельев А.А., Трошин А.И., Устинов М.В. Учёт влияния сжимаемости газа в 𝛾-модели ламинарно-турбулентного перехода // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2019. Т. 59, № 10. C. 1779–1791.
- Menter F.R., Matyushenko A., Lechner R., Stabnikov A., Garbaruk A. An Algebraic LCTM Model for Laminar-Turbulent Transition Prediction // Flow, Turbulence and Combustion. 2022. V. 109, I 4, P. 841–869.
- Матюшенко А.А. Усовершенствованные версии 𝑘 − 𝜔 SST модели турбулентности для расчета аэродинамических характеристик крыльев и турбинных лопаток, СПБПУ Петра Великого, дисс. на соискание ученой степени к.ф-м.н. 2023.
- Михайлов С.В. Принципы построения программного кода для решения задач аэродинамики и аэроакустики // Математическое моделирование 2017. Т. 29, № 9. C. 49–61.
- Bosnyakov S., Kursakov I., Lysenkov A., Matyash S., Mikhailov S., Vlasenko V., Quest J. Computational tools for supporting the testing of civil aircraft configurations in wind tunnels // Progress in Aerospace Sciences. 2008. V. 44. P. 67–120.
- Власенко В.В. О математическом подходе и принципах построения численных методологий // Труды ЦАГИ. 2007. № 2671. C. 20–85.
- Босняков С.М., Горбушин А.Р., Курсаков И.А., Матяш С.В., Михайлов С.В., Подаруев В.Ю. О верификации и валидации вычислительных методов и программ на основе метода Годунова // Учёные записки ЦАГИ. 2017. V. 48, № 7. P. 3–17.
- Savelyev A.A., Kursakov I.A., Matyash E.S., Streltsov E.V., Shtin R.A. Application of the Nonlinear SST Turbulence Model for Simulation of Anisotropic Flows // Supercomputing Frontiers and Innovations. 2022. V. 9, No. 4, pp. 38–48.
- Savill A.M. Evaluating Turbulence Model Prediction of Transition: An ERCOFTAC Special Interest Group Project // Applied Scientific Research. 1993. V. 51. P. 555–562.
- Schubauer G.B., Klebanoff P.S. Contributions on the Mechanics of Boundary-Layer Transition. 1995.
- Robert J.M., Jeffrey K.V., Werner P., William D.B., William D.H. Experimental Results for a Flapped Natural-Laminar-Flow Airfoil with High Lift/Drag Ratio // NASA Technical Memorandum. 1985. N 85788.
- http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=nlf414f-il
