Итоговый отчет по теме: "Анализ новых полуэмпирических моделей турбулентности в задаче моделирования канонических турбулентных течений газа и перерасширенных турбулентных струй"

Цель: повышение точности и быстродействия программного комплекса моделирования высокоскоростных течений газа, в которых турбулентность оказывает существенное влияние на средние параметры течения. Программа расчета плоских и осесимметричных течений на регулярных сетках дополнена новыми моделями турбулентности, а именно трехпараметрическими моделями mut-k-eps Yoshizawa A.et.al., SST-Cas моделью (Revell A.J. et. al.), nut-92 моделью (Гуляев А.Н., Козлов В.Е., Секундов А.Н. 1993). Произведены верификационные расчеты в задачах с автомодельными решениями для реализованных моделей турбулентности. Сравнительный анализ на простых течениях показал, что модели nut-92, nut-SA и mut-k-eps являются приемлемыми эмпирическими моделями для расчета простых струйных и пристеночных дозвуковых течений. Неявная схема LU-SGS для расчета пространственных турбулентных течений реализована в программном комплексе. Выполнено тестирование на простых псевдодвумерных турбулентных течениях (затухание турбулентности за решеткой, пограничный слой на плоской пластине, недорасширенная струя). Проведено моделирование двумерного и пространственного нестационарного течения в газовом эжекторе. Получено адекватное соответствие экспериментальному значению по давлению в вакуумной камере для случая давления 11 атм. во входном сечении сопла, а также при понижении давления от 11 атм. до 8,3 атм. во входном сечении. Реализована схема третьего порядка точности по пространству за счет использования квадратичного представления неизвестных величин внутри ячейки. Проведена верификация модифицированного кода расчета турбулентных течений. Полученные результаты показали, что процедура восстановления реализована корректно и может быть использована для расчета турбулентных течений. Проведено моделирование течения с однородным сдвигом в упрощенной и трехмерной постановке с использованием схемы повышенного порядка. Получено отличное согласие с экспериментом Tavoularis S., Corrsin S. (1981) по возрастанию кинетической энергии турбулентности, диссипации и турбулентной вязкости. Проведено сопоставление с другими трехпараметрическими моделями и моделью nut-92. Выполнено моделирование запуска эжектора с использованием mut-k-eps модели турбулентности. Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что «гистерезис» при запуске - остановке эжектора связан с нестационарным изменением параметров в процессе запуска - остановки эжектора. Проведено численное моделирование сверхзвуковой перерасширенной струи Zapryagaev V.I., Kudryavtsev A.N., Lokotko A.V. (2002) при M=3 в трехмерной постановке с использованием реализованной схемы. Давление Пито на оси струи сопоставлено с экспериментом и другими моделями. Получено качественное соответствие эксперименту.