Численное моделирование турбулентного пограничного слоя за разрушителями вихревых структур

Abstract

Турбулентный пограничный слой на гладкой пластине за разрушителями вихревых структур (схема ``тандем'') численно моделируется посредством LES-технологии для чисел Рейнольдса Re=12934 и Rex= {940000-1252884}. Крупномасштабное поле течения получается путем прямого интегрирования фильтрованных трехмерных нестационарных уравнений Навье-Стокса для несжимаемой жидкости, используя конечно-разностный метод. Маломасштабные движения параметризованы посредством динамической ``смешанной'' модели. Число использованных сеточных узлов составляет 673 × 97× 193 . Численное моделирование выполнено для того, чтобы изучить среднюю скорость, турбулентные напряжения, кинетическую энергию турбулентности, коэффициент поверхностного трения и подсеточные эффекты. Разрушители вихревых структур (схема ``тандем'') уменьшают коэффициент поверхностного трения на 15 % (в сравнении с турбулентным пограничным слоем без разрушителей вихревых структур). Согласие вычисленных профилей средней скорости и турбулентных статистик c экспериментальными данными является хорошим.

Турбулентний пограничний шар на пласкiй пластинi за руйнiвниками вихрових структур (схема ``тандем'') чисельно моделюється за допомогою LES-технологiї для чисел Рейнольдса Re=12934 та Rex= {940000-1252884}. Великомасштабне поле течiї одержується шляхом прямого iнтегрування фiльтрованих тривимiрних нестацiонарних рiвнянь Нав'є-Стокса для нестисливої рiдини, використовуючи кiнцево-рiзницевий метод. Маломасштабнi рухи параметризованi за допомогою динамiчної ``змiшаної''\, моделi. Число використаних сiткових вузлiв є 673 × 97 × 193 . Чисельне моделювання виконано для того, щоб вивчити середню швидкiсть, турбулентнi напруги, кiнетичну енергiю турбулентностi, коефiцiєнт поверхневого тертя та пiдсiтковi ефекти. Руйнiвники вихорових структур (схема ``тандем'') зменшують коефiцiєнт поверхневого тертя на 15 % (у порiвняннi з турбулентним пограничним шаром без руйнiвникiв вихорових структур). Узгоджуваннiсть обчисленних профiлiв середньої швидкостi i турбулентних статистик з експериментальними результатами є доброю.

The turbulent boundary layer on a flat plate behind vortex structures destructors (device ``tandem'') is simulated by LES-technique for a Reynolds numbers of Re=12934 and Rex= {940000-1252884}. The large-scale flow field has been obtained by directly integrating the filtered three-dimensional time-dependent incompressible Navier-Stokes equations using a finite-difference method. The small-scale motions were parametrized by dynamic subgrid-scale mixed model. The number of grid points used in the numerical method was 673 × 97 ×193 . The simulation were performed to study the mean velocity, the turbulent stresses, the turbulence kinetic energy, skin friction coefficient and subgrid-scale-model effects. The vortex structures destructors (device ``tandem'') decreases the skin friction coefficient by up to 15 % (in comparison to the turbulent boundary layer without vortex structures destructors). There is good agreement between the computer mean-velocity profiles, turbulence statistics and experimental data.