МОДЕЛИРОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ (лекция) С.А.Исаев, СПбГУ ГА, Санкт-Петербург

(3 года в Ростоке), член экспертного совета РФФИ по информатике

гидромеханике - преамбула, ссылки, библиотека теоретических и практических курсов
физический эксперимент:

в физических
и математических моделях
Теория турбулентности
1996
1969
1972
1980
1980
1979

– Detached
Eddy Simulation

LES –Large
Eddy Simulation
DNS – Direct
Numerical Simulation
Моделирование

1982
1986
2001

1998

D.Wilcox

1994

1984

1982

1983

(классификация Морковина), турбулентная струя, измерения

и теплофизики. Универсальные открытые пакеты типа OPEN FOAM, как дополнение

примеры: каверна с подвижной крышкой и круговой цилиндр поперек потока
Примеры

(2D)
VC RANS Modelling

весь канал (a), фрагмент (b)
VC RANS Modelling: тестирование модифицированной

Сравнение рассчитанных с помощью различных моделей турбулентности и измеренных в экспериментах Оби и др.*(слева) и Итона и др.**(справа) профилей продольной составляющей скорости. a – modif MSST; b – new MSST; c – old MSST; d – k-; e, f – standart, modif SA

* Obi S., Aoki K. and Masuda S. Experimental and computational study of turbulent separated flow in an asymmetric diffuser // Proc. 9th Symp. on Turbulent Shear Flows, Kyoto, 1993, P. 305. ** Buice C. U. and Eaton J. K. Experimental investigation of flow through an asymmetric plane diffuser // Report No. TSD-107. Thermosciences Division, Department of Mechanical Engineering, Stanford University, Stanford, CA, USA. August, 1997.

Re=40000 – 150000 – 2D
Установка Я.Кастро в ун-те Саутгемптона

= 0.13
Расчет: 1-5, соответствующие Re=(2.5-6.5)104, нанесены с шагом 104. Опыт:

2005

MSST

Верификация МВТ – VP2/3

flows past a cylinder, sphere, and droplet (wind tunnel and

Figure 7. Supersonic flow around sphere (Re = 105, M = 1.53 and 3): experiment (top) and simulated pressure field (bottom)

Figure 8 1 – simulations, 2 and 3 – TsAGI experiments, 4 – data by Roshko for the cylinder with the separating plane in the wake

Figure 9. The effect of the Mach number on drag coefficient of the sphere: 1 – simulations, 2 – experiment

Figure 10. The predicted dependence Cx(M) (solid line) and the shadow image of the flow. Dashed line – measured value for M = 4.35, Re = 3∙106.

методов физического и численного моделирования

В ВОЗДУШНОЙ И МАСЛЯНОЙ СРЕДАХ (эксп. Жукаускаса)

NACA0015 airfoil (experimental data available on the Web) and past

Figure 14: Effect of α and Re on Cx (а) and Cy (b) NACA0015: 1 – Re=8×104; 2 – 1.6×105; 3 – 3.6×105; 4 - 7×105; 5 – 106; 6 - 2×106; 7 - 5×106; 8 – 107. Calculations: 9 – Re = 8×104; 10 – 105

Figure 15: Predicted (1) and measured (IM MSU) (2) semi-cylinder perimeter distributions of Cp at the zero angle of attack

Figure 16: Comparison of numerical predictions of the distributions of the static pressure coefficient averaged over the period Rz in front of the cube (a) and over the contour (b) and of the longitudinal velocity component across the channel (c) in the mid-section with the experimental data

Martinuzzi’s experiment

for the case of a cube in a channel (experiment

Figure 17: The top view - a pattern picture

Figure 18: Comparison of vortical structures in a median plane and vectors of speed in cross-section section x=1.25

Figure. 19: Сomparative analysis of numerical predictions of the distributions of the averaged over the Cz oscillation period pressure coefficient over the perimeter s in the cube mid-section at different Re with the experimental data

ИМех МГУ (март 2011г)
Re порядка 105

вихревых структур

assembled
2004 – 2005 – new experimental data for VC flows

в канале с круговой каверной с акцентом на колебания в

Figure 20: Зависимость Rx и Rz от t на периоде колебаний Rz. a – i – выбранные моменты

Figure 21: Колебания
u(z,y,t)-поля при x=0.

Figure 22: Картина растекания по стенке канала

Figure 23: Поле пульсаций давления

и падения давления (d) в срединном сечении с экспериментальными данными:

с вихревой ячейкой при наличии щелевого отсоса (Установка IMMSU –

Figure 4. Картина экспериментальной установки Institute of Mechanics of the Moscow State University (a), его компьютерный аналог (b) с 3D многоблочной сеткой (c), и двумерной сеткой (d)

Figure 5: Сравнение распределений Ср на верхней стенке канала. a - z=0; b – 2. Без отсоса

Figure 6: Сравнение картин течения и распределений давления без (and, b) и с (c, d) отсосом

ПОТОКА В УСТАНОВКЕ CIRA (Re=1300000)

на стенке рабочей части профилем. a - вся расчетная область;

решения двумерной задачи (b), формирование автоколебательного режима обтекания профиля в

Сравнение Cp по контуру (a), картин вихревой вязкости 2D (b) и 3D (c) при Re=1.3×106

Re=104 (a),
105 (b), 5×105 (c), 1.3×106 (d)
Оценка влияния

(2005)
Верификация МВТ – VP2/3
Сравнение расчетов по

narrow channel with its upper wall taken off (a) and

Grids /Isaev S.A., Kornev N.V., Leontiev A.I., Hassel E. Influence of the Reynolds number and the spherical dimple depth on the turbulent heat transfer and hydraulic loss in a narrow channel // Int. J. Heat Mass Transfer. 2010. Vol.53. Issues 1-3. P.178-197. /

section

Structures
Results
URANS: steady asymmetric vortex
inclined

LES: unsteady asymmetric vortex
switching between ± 45 deg

LES
Heat and hydraulic efficiency is evaluated on bounded area

Сравнение результатов по LES (OPEN FOAM) и (U)RANS (VP2/3) для глубокой сферической лунки

Прямоугольная окрестность 2.5×1.5
Сравнение интегральных характеристик по

(1997) „Heat transfer coeffcient and aerodynamic resistance on a surface

луночного пятна – q=const) эксперимент ИТФ СО РАН
Re=190000

Маха для сверхзвуковых струй, а также распределений замеренного трубкой Пито

Расчет сверхзвуковых струй

в науке – огромное поле непознанного
Соединение глубокого физического содержания и