Усовершенствованные версии k-ω SST модели турбулентности для расчета аэродинамических характеристик крыльев и турбинных лопаток

Численное моделирование течений жидкости активно применяется при проектировании и оптимизации в различных отраслях промышленности, в том числе в авиации и ветроэнергетике. Для решения таких задач используются уравнения Рейнольдса, замкнутые при помощи полуэмпрических моделей турбулентности. Однако, даже наиболее совершенные из них, например, широко используемая модель SST, могут показывать недостаточную точность расчета для определенных типов течений. К таким течениям для модели SST относятся течения с ламинарно-турбулентным переходом, обтекание крыльев при режимах с отрывом пограничного слоя на стороне разрежения и течения в двухгранных углах. Проведен аналитический обзор основных полуэмпирических RANS моделей, используемых в настоящее время для расчета обтекания крыльев и турбинных лопаток и возможных путей повышения их точности. Предложены новые версии k-ω модели переноса сдвиговых напряжений SST: алгебраическая (не использующая дополнительных дифференциальных уравнений) версия для описания ламинарное турблентного перехода; версия, обеспечивающая повышение точности расчета обтекания крыла/лопатки под большими углами атаки, т.е. при режимах, позволяющих достичь максимума подъемной силы; нелинейная версия для более точного расчета течения в области «двухгранных углов» (окрестность корня крыла/лопатки). Проведено всестороннее тестирование разработанных моделей в различных вычислительных кодах с целью демонстрации их преимуществ над оригинальной моделью.