Введение к работе
Актуальность тема обусловлена, во-первых, многочисленными практическими приложениями, в которых реализуется сверхзвуковое обтекание тел потоками , с пространственно-неоднородным распределением параметров газа. Такие задачи возникают при моделировании обтекашя тол в аэрйдинамическом следе и в закрученных потоках, при исследовании движения тел через атмосферные неоднородности . Влияние неоднородности потока на структуру и характеристики течения представляет интерес в связи с необходимостью учета этих зфїектов при перенесении на натурные условия результатов трубных экспериментов и стендовых испытаний на .установках, в которых модели обтекаются сверхзвуковыми струями.
диссертационная работа посвящена численному исследованию эффектов неоднородности набегающего потока при сверхзвуковом обтекании „затупленных' тел. Ввиду известной ограниченности экспериментального и аналитического подходов, а также благодаря быстрому прогрессу в создании высокопроизводительных ЭВМ и эффективных алгоритмов расчета, численное моделирование стало в настоящее время одним из главных методов изучения сложных газодинамических явлешій. Вместе с тем следует отметить, что адекватное воспроизведение в численных решениях существенно разномасштабных газодинамических процессов характерных для обтекания тел неоднородными потоками предъявляет жесткие требования к численным алгоритмам. В связи с вышеизложенным осуществленная в диссертации разработка элективного метода расчета и проведение исследований сверхзвукового обтекания тел неоднородными потоками являются актуальными.
Цель рчботы состояла в построении метода расчета сверхзвукового обтекания затупленных тел вязким газом при больших числах Рейнольда - и исследовании с его помощью сверхзвукового ламинарного и турбулентного обтекания тел в газодинамических неоднородноотях трех типов: закрученные потоки, плоские тепловые неоднородности и дальний гк«ро динамический след.
Научная новизна. Рольшая часть результатов, представленных в диссертации, обладает научной новизной.
В М"Т<';иП'-г'К/'П части диссертации: - Предложен метод расчета сверхзвукового обтекания тел при ^олывих
числах Райнольдса, основанный на экспоненциальной аппроксимации уравнений второго порядка. Осуществлены детальное тестирование экспоненциальной; разностной схемы и сравнение предлагаемого метода с применявшимися ранее;
При решении газодинамических задач в работе впервые:
на основе полных: уравнений Навье-Стокса изучено сверхзвуковое обтекание затупления закрученным потоком газа, в том числе при малых сверхзвуковых числах Маха;
исследовано влияние турбулизации потока на структуру ударного слоя и характеристики обтекания затупления в плоских тепловых неоднородностях и аэродинамическом следе.
Теоретическая значимость диссертации состоит в разработке нового метода расчета вязкого ударного слоя, обеспечивающего возможность численного моделирования сложных ламинарных и турбулентных течений с использованием адаптивных сеток.
Практическая значимость полученных в работе результатов состоит в анализа влияния неоднородности набегающего потока на структуру течения перед телом и его аэродинамические и тепловые характеристики. Предложенная методика численного моделирования сверхзвукового обтекания тел может быть использована при проведении расчетов в ходе проектирования и экспериментального исследования конкретных установок и летательных аппаратов.
На защиту выносится:
метод расчета сверхзвукового обтекания тол вязким газом при больших числах Рейнольдса;
результаты исследования сверхзвукового обтекания сферического затупления закрученным потоком газа на основе полных уравнений Навье-Стокса;
результаты исследования влияния турбулизации потока на структуру ударного слоя и характеристики обтекания затупления ь плоских тепловых неоднородностях и аэродинамическом следе.
Апробация. Материалы, составляющие содержание диссертации, докладывались на 2-м Минском международном форуме по тепломассообмену, (г.Минск, 1992г.), на семинарах сектора численного моделирования ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН, кафедры гидроаэродинамики СПбГТУ, отдела механики сплошной среды ВЦ РАН, лаборатории физической газовой динамики Института проблем механики РАН, Международного института межфазных взаимодействий
(г.Санкт-Петербург), по механике жидкости и газа СПОМИ.
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в двух научных публикациях.
Объем и структура. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения; содержит -/5\3 стр., в том числе fg . рисунков, список литературы из /0Z наименований.