В работе проводится численное исследование распространения плоской воздушной струи в ограниченном пространстве (полости). Значения числа Рейнольдса, вычисленные по высоте приточного сопла и скорости подачи струи составляют от 2×10^3 до 8×10^3. Моделирование турбулентного течения осуществляется на основе двух подходов: URANS подход (решение осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса) и LES подход (решение отфильтрованных уравнений Навье-Стокса). Расчеты выполнены в пакете ANSYS Fluent. Одна из постановок задач, соответствует условиям эксперимента A. Mataoui 2001 года. Подтверждено наблюдавшееся ранее в эксперименте формирование автоколебательного режима течения: для рассматриваемого положения щелевого сопла струя поочередно отклоняется к верхней и нижней стенкам полости. Частоты и амплитуды колебаний струи, полученные с использованием URANS и LES подходов, хорошо согласуются с данными эксперимента. Проведена оценка влияния вычислительных параметров задачи на структуру формируемого течения: частоту колебаний и амплитуду скорости в точках мониторинга, осредненные поля скорости и характеристик турбулентности. Исследовалась чувствительность решения к изменению количества ячеек расчетной области, используемой модели турбулентности (в URANS расчетах) и подсеточной вязкости (в LES расчетах), ширины расчетной области и условия на боковых границах полости. Обсуждаются способы управления колебаниями струи, распространяющейся в ограниченном пространстве. Показано, что с увеличением высоты полости частота колебаний уменьшается и крупномасштабные колебания струи затухают. Получено, что с увеличением скорости подачи струи частота колебаний линейно увеличивается, при этом значение числа Струхаля сохраняется. Уменьшение размера открытой границы полости приводит к уменьшению частоты и амплитуды колебаний скорости. Показано, что крупномасштабные колебания струи формируются при условии, что торцевая граница полости открыта более чем на 50%.

The thesis presents a numerical study of a plane jet propagated in a confined space (cavity). The Reynolds numbers, computed based on the height of the inlet nozzle and jet velocity, is in the range from 2×10^3 to 8×10^3. Turbulent airflow modeling is carried out based on two approaches: the URANS approach (the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations solution) and LES approach (the filtered Navier-Stokes equations solution). The calculations are performed using ANSYS Fluent software package. One of the problem formulations corresponds to the experimental conditions of A. Mataoui 2001. The formation of self-oscillatory airflow regime, previously observed in the experimental study, is confirmed. For the considered position of the inlet nozzle, the jet alternately deflects towards the upper and lower walls of the cavity. Frequencies and amplitudes of the jet oscillations obtained with the URANS and LES approaches are in good agreement with the experimental data. The influence of computational parameters on the airflow structure (frequency and amplitude of oscillation, averaged fields of velocity and turbulence characteristics) was evaluated. Sensitivity of the solution to the mesh cells number of the computational domain, turbulence model (in URANS calculations), subgrid viscosity (in LES calculations), and the width of the computational domain were investigated. Methods of controlling jet oscillations in confined spaces are discussed. It is shown that the increase in cavity height leads to a decrease in oscillation frequency and damping of large-scale oscillations. It is also found that the jet velocity growth increases the oscillation frequency while preserving the Strouhal number. Reduction in the size of the open cavity boundary leads to a decrease in oscillation frequency and amplitude. It is shown that large-scale jet oscillations are formed when the open cavity boundary is more than 50% from that side boundary.