Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
Диссертация посвящена численному исследованию одной из задач нестационарной газовой динамики - формированию течения около кругового цилиндра при воздействии на него ударной волны. Нестационарные процессы, включающие взаимодействие ударных волн с телами, часто реализуются на практике при различного рода взрывах, в аэродинамике больших скоростей, при авариях на газопроводах и энергетических установках, а также в технологических процессах. В этом плане важными являются полученные данные о характере изменения параметров и струк-гуре течения около тела и в донном следе.
Научный интерес представляет проведенный в работе анализ различных механизмов, определяющих развитие течения за телом в широком диапазоне изменения интенсивности падающей ударной волны и числа Рейнольдса, а также детальное исследование возникновения отрыва потока и изменения положения точки отрыва іа поверхности кругового цилиндра в нестационарном течении при наличии множественных ударно-волновых взаимодействий.
Разработка эффективных алгоритмов решения уравнений Навье-Стокса приме-іительно к задачам о нестационарных вязких течениях с ударными волнами также іредставляет важную научную проблему, поскольку на современном этапе развития газодинамики численное моделирование оказывается значительно дешевле экс-іериментальньїх методов исследования и позволяет получать больший объем информации о процессе. Численный алгоритм, предлагаемый в настоящей работе, да-!т возможность эффективно моделировать широкий класс плоских-нестационарных іязких течений со сложными ударно-волновыми взаимодействиями.
Цель работы.
Целью настоящей работы является исследование формирования течения около :ругового цилиндра при воздействии на него ударной волны с анализом влияния азодинамических процессов и вязких эффектов на формирование течения в зами-[елевой части тела и донном следе, а также зависимости рассматриваемого нестаци-нарного процесса от интенсивности падающей ударной волны и числа Рейнольдса. Іроведение такого исследования диктует необходимость разработки метода расчета естационарных вязких течений с ударными волнами для больших чисел Рейнольд-а (Re > 1000). Указанный метод должен основываться на использовании моно-онной численной схемы и метода дискретизации расчетной области, позволяющих ак эффективно разрешать ударно-волновые процессы во всем поле течения, так и юделировать вязкие эффекты вблизи поверхности тела.
Научная новизна.
Разработан эффективный алгоритм расчета нестационарных вязких течений с дарными волнами при больших числах Рейнольдса. Алгоритм основан на исполь-эвании квазимонотонной схемы Годунова повышенного порядка аппроксимации и спользует подход комбинированных неперекрывающихся сеток — структурирован-ых у поверхности тела и локально-адаптивных неструктурированных в оставшейся
области.
Проведено исследование нестационарного течения, возникающего около кругового цилиндра при воздействии на него ударной волны с анализом влияния ударно-иолнопых процессов и вязких эффектов на Армирование течения в замиделевой части тела и в донном следе.
Проведен анализ возникновения и развития отрывного течения в нестационарном процессе формирования течения около тела без фиксированной точки отрыва при наличии множественных ударно-волновых взаимодействий. Проанализированы особенности определения положения точки отрыва в стационарных и нестационарных течениях.
Впервые приводятся данные об изменении параметров вдоль плоскости симметрии за телом при воздействии на него ударной волны. Проведен анализ формирования возвратного течения в ближнем следе, а также особенности установления положения горла следа и хвостового скачка.
Исследовано влияние интенсивности падающей ударной волны на формирование течения около кругового цилиндра.
Исследовано влияние числа Рейнольдса на характер ударно-волновых взаимодействий, происходящих в замиделевой части тела, на распределение параметров по поверхности цилиндра, а также на возникновение и движение точки отрыва.
Практическая значимость.
Предложенный метод расчета может быть использован для анализа сложных нестационарных течений, включающих в себя множественные ударно-волновые и вязко-невязкие взаимодействия. Приведенные в работе результаты позволяют глубже понять механизмы возникновения и развития отрывного течения в следе за телами, оценить динамические нагрузки, возникающие при воздействии на тела ударных волн различной интенсивности, оценить возможность использования модели невязкого газа при исследовании задач подобного рода.
Оснонные положения, выносимые на защиту.
Метод расчета нестационарных вязких течений с ударными волнами, использующий подход комбинированных неперекрывающихся сеток, структурированных у поверхности тела и динамически локально-адаптивных неструктурированных в остальной расчетной области.
Результаты исследования формирования течения около кругового цилиндра при воздействии на него плоской ударной волны с постоянными параметрами за фронтом, включающего в себя анализ влияния газодинамических и вязких эффектов на формирование отрывного течения за телом, анализ влияния интенсивности падающей ударной волны, а также влияния числа Рейнольдса.
Апробация.
Материалы, составляющие содержание диссертации, были доложены на 5-ой Международной конференции по гиперболическим проблемам [4], на 1-ой Азиатской
конференции no CFD методам [5], на 20-ом Международном симпозиуме по ударным волнам [С], на 3-eil Европейской конференции по CFD (ECOMAS) [7], на 15-ой Международной конференции по численным методам в динамике жидкости [8], на 2-ой Азиатской конференции по CFD методам [9], на 4-ом Японо-Российском совместном симпозиуме по вычислительным методам в динамике жидкости [10]. Доклады были также представлены на 10-ой Российской конференции по теоретическим основам и конструированию численных алгоритмов математической физики, Красновидово, Москва, 1995г., на 7-ом двухгодичном коллоквиуме по численным методам в динамике жидкости в UMIST (University of Manchester Institute of Science and Technology), a также на семинарах сектора численного моделирования ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН.
Публикации.
Основные результаты диссертационной работы изложены в 10 печатных работах. Объем и структура.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 149 страницах, содержит 57 рисунков и 174 литературные ссылки.