Введение к работе
Представленная работа посвящена некоторым аспектам численного моделирования струйных и отрывных течений.
Актуальность теш исследования обусловлена потребностью в методах] позволяющих численно моделировать сложные струйные и отрывные турбулентные течения, часто встречающиеся в природе и технике. Многочисленные исследования, в которых рассматриваются вопросы численного решения уравнений Навье-Стскса, свидетельствуют о большем интересе, вызванном возможностью практического использования отих методов для расчета турбулентных течений в реалышх условиях. В связи с ростом применения численных методов в прикладной арродинамике неизбежно встают вопросы о повышении эффективности, - надеккости, точности, больней универсальности используемых вычислительных алгоритмов. Представляет несомненный интерес использовать современные алгоритмы численного решения уравнений Навье-Стсксо и Рейнольдса для расчета сложных ламинарных и турбулентных течений. Одним из примеров подобной задачи может служить задача о свободных колебаниях тела под действием аэродинамических сил и сил упругости при обтекании его плоскопараллельным потоком.
Целью работы является создание эффективных универсальных методов моделирования турбулентных струйных и отрывных течений на базе численного решения полных уравнений Навье-Стокса или Рейнольдса, а также уравнений Рейнольдса в приближении пограничного слоя, замкнутых с помощью алгебраической или дифференциальной модели турбулентности; исследование с помощью разработанных алгоритмов структуры и характеристик неизотермических турбулентных струй в спутном потоке , а. также стационарных и нестационарных отрывных течений.
Научная новизна выносимых на защиту результатов состоит в
том, что :
построен эффективный алгоритм численного решения уравнений Навье-Стокса и Рейнольдса для отрывных двумерных течений несжимаемой жидкости в стационарном и нестационарном случаях; проведено сопоставление еффективности различных подходов конечноразностной аппроксимации модельных уравнений и различных процедур решения конечноразностных уравнений;
проанализированы и сопоставлены с експериментальними данными результаты численного моделирования стационарных и нестационарных отрывных течений при малых и больших числах Рейнольдса;
численно исследовано ламинарное и турбулентное течение вблизи вынужденно и свободно колеблющегося цилиндра прямоугольного сечения;
"разработаны рациональные подходы к построению достаточно универсального и надежного алгоритма численного моделирования неизотермических двумерных струйных течений в спутном потоке;
построен интегральный метод расчета, в котором используются четыре интегральных соотношения, что позволяет отказаться от дополнительной формулы, связывающей динамическую и. тепловую толщины;
с помощью предлагаемых методик расчета автором получена серия результатов по моделированию течения в спутных неизотермических струях в зависимости от параметра спутности и степени их подогрева, выполнены расчеты неизотермических коаксиальных затопленных струй.
Практическая ценность работы. Развитые в работе методы численного решения полных уравнений Навье-Стокса и Рейнольдса, а также уравнений пограничного слоя могут быть использованы при моделировании турбулентных неизотермических струйных течений, ламинарных и турбулентных отрывных течений, играющих важную роль в авиационной технике, технологических установках, в атмосфере,
океане, возникающих при "обтекании строительных конструкций. Полученные в работе параметрические. зависимости для неизотермических коаксиальных струй могут найти применение для расчета ' характеристик струй в технологических установках. Разработанная методика численного моделирования- обтекания вынужденно и свободно, колеблющихся тел позволяет рассчитывать аэродинамические нагрузки, действующие на тело в каждый момент времени,- траекторию и скорости колебательного движения. Автор защищает:
- - численный метод решения уравнений Навье-Стокса и Рейнольдса для отрывных двумерных течений несжимаемой жидкости в стационарном и нестационарном случаях;
. - результаты численного моделирования стационарных и нестационарных отрывных течений при малых и больших -числах Рейнольдса;
- результаты численного- моделирования ламинарного и турбулентного
течения вблизи вынужденно и свободно _колеблющегося цилиндра,
прямоугольного сечения в неинерциальной системе координат;
- алгоритм численного моделирования неизотермических двумерных
струйных течений в спутном потоке;
. - интегральный метод расчета, в котором используются четыре интегральных . соотношения;
- результаты численного моделирования течения в спутных
неизотермических струях для различных параметров спутности и
степеней их подогрева, расчеты неизотермических коаксиальных
затопленных струй.
Апробация работы. Результаты работы - докладывались и обсуждались на Всесозной научной конференции по струйным течениям , 1982 г. в -г. Новополоцке, на межвузовской конференции "Математические проблемы аэрогидродинамики" в 1988 г. в Московском авиационном институте, на 34-й Научной конференции Московского
физико-технического института в 1988г., на 28-й научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ЦНИИ имени академика А.Н. Крылова.в 1989г. ,на Всесоюзном семинаре' "Аэрогидродинамика неустановившихся движений" в 1989г. (руководитель - проф.,д.т.н. СМ. Белоцерковский), на V Всесоюзной конференции по проблемам механики неоднородных сред и турбулентных течений 1990г. в г. Одесса (руководитель - академик В.В. Струминский), на семинаре ЦИАМ по вычислительным методам в 1991г. (руководитель - проф., д.ф.м.н. А.Н. Крайко), на ежегодной научной Школе-семинаре . ЦАГИ "Механика жидкости и газа" в 1991г. (руководитель - чл. корр. АН В.Я. Нейланд). Основные результаты были опубликованы в шести работах автора.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитированной литературы из 109 названий и приложения. Весь материал изложен на 138 страницах машинописного текста, иллюстрирован 101 рисунком.