Детальная информация

Работа посвящена комплексному численному исследованию газодинамических процессов в ударной трубе с отражающим соплом, включая расчет течения в трубе на основе различных подходов, а также моделирование обтекания тел вращения высокоскоростным потоком, формирующимся на выходе из сопла. Моделирование проводится с использованием программного обеспечения с открытым исходным кодом GDTk (Квинсленд, Австралия). Результаты сопоставляются с экспериментальными данными, полученными на экспериментальном стенде Большая ударная труба ФТИ им. А.Ф. Иоффе. Задачи исследования: 1. Обзор литературных источников, посвященных расчетно-экспериментальному исследованию течения газа в импульсных установках различного принципа действия и сверхзвукового ламинарного обтекания тел вращения потоком газа. 2. Постановка задачи расчета течения в ударной трубе с отражающим соплом с использованием различных подходов, реализованных в вычислительных кодах Nenzf1d, L1d, Eilmer. Анализ результатов и сопоставление с известными аналитическими оценками и экспериментальными данными. 3. Отработка методики численного моделирования на задаче обтекания конуса. Сравнение с известными аналитическими оценками и экспериментальными данными. 4. Расчеты сверхзвукового ламинарного обтекания тела вращения сложной конфигурации: полусфера-конус. Методические расчеты, включающие исследование сеточной сходимости, а также оценку влияния непаралелльности потока на картину обтекания. Проведены расчеты течения в ударной трубе и показано, что результаты, полученные с использованием одномерно подхода (код Nenzf1d), и результаты двумерных расчетов в осесимметричной постановке (код Eilmer) хорошо согласуются между собой и с аналитическими оценками. Проведены расчеты обтекания модели конуса для различных постановок. Выбрана оптимальная форма и размеры расчетной области и оценено влияние параллельности потока для дальнейших исследований, которая учитывает влияние экспериментальной установки. Показано влияния пограничного слоя на стенке сопла, образующихся косых скачков уплотнения и расходящегося потока на распределения давления и теплового потока на поверхности модели. Исследована чувствительность решения к пространственному разрешению. Проведены расчеты сверхзвукового ламинарного обтекания модели полусфера-конус для трех режимов, характеризующихся разным значением числа Рейнольдса. Исследована сложная структура течения, определяющаяся эффектами вязко-невязкого взаимодействия.

The given work is devoted to a comprehensive numerical study of gas-dynamic processes in a shock tube with a reflecting nozzle, including calculation of the flow in the tube based on different approaches, as well as modeling of the high-speed flow around axisymmetric bodies formed at the nozzle exit. Modeling is performed using the open-source software GDTk (Queensland, Australia). The results are compared with experimental data obtained at the experimental stand of the Large Shock Tube of the A.F. Ioffe Physical Institute of Physics and Technology. Research objectives: 1. Review of literature sources devoted to the computational and experimental studies of gas flow in impulse facilities of various operating principles and supersonic laminar flow over axisymmetric body. 2. Formulation of the flow simulation problem in a shock tube with a reflecting nozzle using different approaches realized in the computational codes Nenzf1d, L1d, Eilmer. The results are analyzed and compared with known analytical estimates and experimental data. 3. Development of the numerical simulation methodology for the cone flow problem. Comparison with known analytical estimates and experimental data. 4. Calculations of supersonic laminar flow over a complex axisymmetric body: hemisphere-cone. Methodological calculations involving grid convergence studies and assessment of flow non-parallelism effects on the flow structure. Calculations of the flow in the shock tube have been performed, and it is shown that the results obtained using a one-dimensional approach (Nenzf1d code) and the results of two-dimensional calculations in an axisymmetric formulation (Eilmer code) are in good agreement with each other and with analytical estimates. Numerical simulations were performed for various flow configurations around a conical model. The optimal shape and size of the computational domain were selected, and the influence of flow parallelism has been evaluated for further studies, which takes into account the influence of the experimental setup. Analysis of results revealed the influence of the boundary layer on the nozzle wall, generated oblique shocks, and flow divergence on the pressure and heat flux distributions on surface. The sensitivity of the solution to spatial resolution was investigated. Numerical simulations of supersonic laminar flow over a hemispherical-cone configuration were performed for three distinct Reynolds number regimes. The complex structure of the flow characterized by the effects of viscous-inviscid interaction is investigated.