Введение к работе
Актуальность темы. Наиболее часто встречающиеся задачи в современной аэродинамике тесно связаны с изучением обтекания сверхзвуковым потоком газа летательных аппаратов . Современные летательные аппараты имеют сложные геометрические формы. Поэтому при полете таких тел в атмосфере формируется сложная структура течения во всей возмущенной области. Получение приближенных решений для задач этого класса с помощью аналитических методов достаточно проблематично. Проведение экспериментальных исследований возможно лишь при высоких числах Рейнольдса, кроме того, их организация сопряжена с техническими трудностями и требует немалых материальных затрат. Б настоящее время возможности современной вычислительной техники сделали наиболее эффективным методом решения задач по сверхзвуковому обтеканию тел численное моделирование .этих процессов, основанное на применении разностных методов для решения полной системы уравнений Навье - Стокса сжимаемого газа. Использование системы уравнений Навье - Стокса дает возможность исследовать течение во всей области около тела. К настоящему времени структура течения около тел конечного размера достаточно хорошо изучена. Течеіше делится на несколько разных по аэродинамическим свойствам областей резких изменений всех газодинамических параметров течения. Это области ударных волн различной интенсивности (головная и хвостовая ударные волны), область пограничного слоя вблизи поверхности обтекаемого тела, область возвратно - циркуляционного течения, области ближнего и дальнего следов. Течение в каждой из этих областей обладает своими
особенностями и в той или иной степени определяет аэродинамику летательных аппаратов.
В значительной степени влияет на аэродинамические свойства обтекаемого объекта течение в следе . Поэтому с точки зрения технических приложений необходимо тщательное изучение свойств потока в следе обтекаемого тела.
Изучение процессов, происходящих в следе за пластиной и осестшетричньши телами при дозвуковом, трансзвуковом и сверхзвуковом обтекании привлекало многих ученых. Полученные стационарные решения на базе численного решения соответствующих краевых задач для полной системы уравнений Навье - Стокса достаточно хорошо описывают поставленные задачи. Однако, практический интерес представляют нестационарные течения, формирующиеся, например, в результате запуска двигателя летательного аппарата ,т. е. нестационарными процессами на самой поверхности.
Настоящая диссертация посвящена численному исследованию течения вблизи кормы пластины конечной толщины, обтекаемой сверхзвуковым потоком вязкого сжимаемого теплопроводного совершенного газа на основе двумерных нестационарных уравнений Навье-Стокса. Рассмотрен процесс изменения структуры течения в ближнем следе без учета возмущений на боковой поверхности пластины и при включении поперечных стационарных и нестационарных вдувов с верхней и нижней поверхностей пластины. При соответствующих определяющих параметрах получены стационарные и нестационарные режимы течения. Для течения, формирующегося в результате наличия нестационарных периодических вдувов с верхней и нижней поверхностей, установлено влияние амплитуды
и периода колебаний расхода газа вдуваемых струй, а так же температуры пластины на течение в следе.
Цель дисссртацноішой работы заключается в разработке метода численного моделирования течения в следе за пластиной конечной толщины, обтекаемой сверхзвуковым потоком вязкого сжимаемого теплопроводного газа, при различных условиях на ее боковой поверхности; в изучении влияния параметров потока на структуру течения в ближнем следе; в разработке алгоритмов и комплекса программ для решения поставленных задач на различных вычислительных системах.
Общая методика. Численное решение задачи сверхзвукового обтекания пластины конечной толщины потоком вязкого сжимаемого теплопроводного газа проведено на основе решения соответствующих граничных задач для полной нестационарной системы уравнений Навье-Стокса. Система уравнений Навье- Стокса решалась разностным методом с использованием явно- неявной схемы на неравномерных сетках, построенных с помощью кубических сплайнов.
Научная потопа работы состоит в том, что:
разработан метод и комплекс программ численного моделирования течения в следе за пластиной конечной толщины, обтекаемой сверхзвуковым потоком вязкого сжимаемого теплопроводного газа, при различных условиях на ее боковой поверхности;
для задачи обтекания пластипы конечной толщины установлено влияние условий симметрии и параметров потока на течение в следе;
установлено возникновение автоколебательного режима в следе за пластиной при наличии стационарных сверхзвуковых вдувов на ее
боковой поверхности. Проведено исследование структуры течения в следе в зависимости от величины расхода газа вдуваемых струй; исследовано влияние амплитуды и периода колебаний расхода газа вдуваемых струй для течения, формирующегося в результате наличия нестационарных периодических вдувов с верхней и нижней поверхностей.
Практическая ценность работы заключается в том, что результаты могут быть использованы для оценки влияния параметров потока на структуру течения в ближнем следе за пластиной при различных условиях на ее боковой поверхности. Численные исследования позволяют изучить влияние величины расхода газа вдуваемых струй на распределение донного давления, теплового потока и других параметров обтекания.
Вычислительные алгоритмы и программы, реализованные на РС/АТ-486 DX с использованием транспьютерной платы Т-800, вычислительной системе Sod н многопроцессорном вычислительном комплексе PowcrXplorer фирмы Parsytec Computer Gmbh, используются в научных исследованиях лаборатории процессов тепло- массопереноса ф- та ВМиК МГУ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры математической физики факультета ВМиК МГУ, на Международной школе "Нелинейные задачи теории гидродинамической устойчивости и турбулентность" (Зеленоград,1998) , на Международной конференции "Уравнения состояния вещества'' (п. Терскол, 1998).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, список которых приведен в конце реферата.
Структура в объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения, работа содержит 80 страниц текста, 38 рисунков и список литературы из 92 наименований. Общий объем работы 103 страницы.
