ОБТЕКАНИЕ ЦИЛИНДРА И АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ С УЧЕТОМ ЛАМИНАРНО-ТУРБУЛЕНТНОГО ПЕРЕХОДА

Abstract

Проведено моделирование обтекания цилиндра и профиля NACA 4412 с использованием γReθ модели ламинарно-турбулентного перехода и без нее. Численное моделирование выполнено на базе осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса (URANS), с использованием дифференциальной однопараметрической модели турбулентности Spalart-Allmaras. Система исходных уравнений, записывалась относительно произвольной криволинейной системы координат. Согласование полей давления и скорости осуществлялось с помощью метода искусственной сжимаемости, модифицированного для расчета нестационарных задач. Интегрирование системы исходных уравнений проводилось численно с использованием метода контрольного объема. Для конвективных потоков использовалась противопоточная аппроксимация Rogers-Kwak, основанная на схеме Roe третьего порядка точности. В моделях турбулентности для аппроксимации конвективных слагаемых применялась схема TVD с ограничителем потоков ISNAS третьего порядка. Проведено сравнение результатов расчетов обтекания цилиндра с использованием модели ламинарно-турбулентного перехода и без нее. Показано, что при низких числах Рейнольдса, когда обтекание цилиндра носит ламинарный характер, а след турбулентный, использование модели турбулентности Spalart-Allmaras приводит к развитию турбулентного пограничного слоя на цилиндре и, как следствие, к изменению положения точки отрыва. Неправильное положение точки отрыва оказывает влияние на распределение давления в донной части цилиндра и на интегральные аэродинамические характеристики. Применение модели перехода позволяет адекватно воспроизвести ламинарный отрыв вблизи передней кромки профиля с последующим его присоединением. Применение одной только модели Spalart-Allmaras приводит к излишней генерации турбулентной вязкости. Показано, что применение γ-Reθ модели ламинарнотурбулентного перехода качественно и количественно улучшает результаты численного моделирования. Полученные результаты численного моделирования обтекания кругового цилиндра и аэродинамического профиля NACA 4412 хорошо согласуются с экспериментальными данными в широком диапазоне чисел Рейнольдса.