Анализ новых полуэмпирических моделей турбулентности в задаче моделирования канонических турбулентных течений газа и перерасширенных турбулентных струй

Проект направлен на повышение точности и быстродействия программного комплекса моделирования высокоскоростных течений газа, в которых турбулентность оказывает существенное влияние на средние параметры течения. Программы расчета плоских и осесимметричных течений на регулярных сетках дополнены новыми моделями турбулентности, а именно трехпараметрическими моделями mut-k-eps Yoshizawa A. et. al. 2012, SST-Cas моделью (Revell A.J. et. al. 2006), однопараметрической моделью nut-92 (Гуляев А.Н., Козлов В.Е., Секундов А.Н. 1993). Проведены тестовые верификационные расчеты в задачах с автомодельными решениями для моделей турбулентности, реализованных ранее и в ходе выполнения проекта. Результаты расчетов показали, что трехпараметрические mut-k-eps модели турбулентности могут быть использованы для простых струйных и пристеночных течений. Проведено численное моделирование течения с однородным сдвигом (эксперимент Tavoularis S., Corrsin S. 1981) и задачи о взаимодействии турбулентности со стационарной ударной волной (эксперименты Jacquin L.et.al. (1993) M = 1,4, Barre S. et.al. (1996) M = 3) для двух- и трехпараметрических моделей. Показано, что в течении с однородным сдвигом трехпараметрические модели увеличивают точность получаемых турбулентных параметров течения по сравнению с исходными моделями. Установлено, что рассмотренные модели требуют модификации для правильного количественного учета роста турбулентности вблизи ударных волн и дальнейшего затухания. Выполнено численное моделирование течения в каверне с использованием трехпараметрической mut-k-eps модели (Иванов И.Э., Крюков И.А., Ларина Е.В., 2014). Установлена возможность успешного применения данной модели для нестационарных течений с целью получения частотных характеристик колебаний давления. Проведено численное моделирование сверхзвуковых недорасширенных струй (Seiner J.M., Norum T.D. 1979, Saddington A.J. et.al. 2004). Трехпараметрические модели сопоставлены с однопараметрическими. Получено, что трехпараметрические модели не достигают точности модели nut-92, но превосходят модель Spalart, Allmaras. Проведено численное моделирование сверхзвуковой перерасширенной струи при M = 3 (эксперимент Zapryagaev V.I. et.al. 2002) с использованием mut-k-eps модели турбулентности (Иванов И. Э., Крюков И.А., Ларина Е.В., 2014). Сравнение численных результатов с данными экспериментов показало приемлемую точность рассмотренной модели.