Экономичные подходы к вихреразрешающему моделированию турбулентных пристеночных течений.

Проект ставит перед собой цель на порядок повысить вычислительную экономичность вихреразрешающего метода, ранее разработанного в рамках проекта РНФ 21-71-10105 “Метод крупных вихрей с моделированием пристенных процессов для детального описания отрыва турбулентного пограничного слоя". Для этого подход к построению метода будет переработан с привлечением следующих нововведений: 1) замене дифференциальной модели подсеточных напряжений на новую формулировку алгебраической модели; 2) отказа от концепции RANS-подслоя в пользу современных вариантов пристеночных функций, пригодных для метода крупных вихрей (LES); З) введения второй модели турбулентных напряжений для разделения описания среднего переноса импульса и диссипации кинетической энергии турбулентности. Отдельно будет проведен анализ данных прямого численного моделирования (DNS) развитого течения в канале и изучен отклик модели турбулентности в RANS-области на касательные к стенке градиенты скорости, порождаемые LES -областью течения над стенкой, с последующим созданием модели, ориентированной именно на этот режим работы. Комбинации этих элементов позволят сравнить новые подходы к вихреразрешающему моделированию турбулентных пристеночных течений по точности, затратам процессорного времени и памяти. В итоге будет выбран оптимальный метод, корректно воспроизводящий нестационарные процессы и характеристики турбулентности в пограничных слоях при различных градиентах давления на уровне вторых моментов, на порядок превосходящий по скорости счета метод, разработанный в проекте РНФ 21-71-10105. Актуальность работы определяется тем, что несмотря на широкий фронт работ — как экспериментальных, так и расчетных — которые ведутся в области изучения пристеночных турбулентных течений, в этой сфере имеется еще много недостаточно изученных вопросов. Одной из до сих пор нерешенных задач является надежное предсказание характеристик глобальных нестационарных процессов, сопровождающих отрыв, вызванный неблагоприятным градиентом давления. В авиации эти процессы приводят к таким нежелательным, а порой и опасным, явлениям, как вибрации корпуса летательного аппарата, снижение управляемости, износ элементов конструкции и их деформация, неустойчивая работа двигателя и его помпаж. Актуально создание экономичных методов расчета, адекватно описывающих динамику структур потока в пристеночных течениях. Такие методы должны воспроизводить не только осредненную картину течения, но и предсказывать его нестационарные характеристики, в первую очередь, амплитуду и частотный состав глобальных колебаний. В литературе широко представлены результаты, говорящие о невозможности получения этих данных в рамках осреднения по Рейнольдсу. Поэтому необходимо развитие вихре разрешающих методов расчета.Научная новизна работы состоит в следующем: 1) на основе сравнения современных алгебраических подсеточных моделей, в первую очередь, моделей приближенной деконволюции, а также моделей с анизотропным фильтром, будет выбрана и откалибрована по данным DNS наиболее подходящая из них для внешней части турбулентного пограничного слоя; внимание будет уделено способности модели воспроизводить эффект обратного потока энергии по масштабам (т.н. backscatter); 2) будет выбрана, оптимизирована и уточнена формулировка пристеночных функций; 3) будет сформулирован и протестирован вариант метода AMS (Haering et al., 2022)» в котором впервые форсинг будет реализован на основе синтетической турбулентности; 4)на основе анализа данных DNS развитого течения в канале будет создана модель турбулентности, корректно учитывающая касательные к стенке градиенты скорости, возникающие в вихреразрешающем расчете. В результате сравнения комбинаций этих нововведений будет выбран вихреразрешающий подход, позволяющий наиболее эффективно воспроизводить динамику структур пристеночного турбулентного потока и нестационарные параметры отрывов турбулентного пограничного слоя в различных условиях течения.