Численное моделирование нестационарного турбулентного течения c отрывом над впадиной и внутри впадины

Abstract

Трехмерный турбулентный поток несжимаемой жидкости над и внутри прямоугольной двумерной впадины в канале численно исследуется с применением LES-технологии и пристенной модели. Отношение длины к ширине впадины равно 2, число Рейнольдса для впадины 3360 и число Рейнольдса на ``входе'' 20450 для турбулентного пограничного слоя. Крупномасштабное поле течения получается путем прямого интегрирования фильтрованных трехмерных нестационарных уравнений Навье-Стокса для несжимаемой жидкости с помощью конечно-разностного метода. Маломасштабные движения параметризованы посредством динамической ``смешанной'' модели. Число использованых сеточных узлов составляет 2192103. Численное моделирование выполнено для того, чтобы изучить среднюю скорость, фазово-осредненную скорость, турбулентные напряжения, кинетическую энергию турбулентности и подсеточные эффекты. Согласие вычисленных профилей средней скорости и турбулентных статистик c экспериментальными данными является хорошим.

Тривимiрний турбулентний потiк нестисливої рiдини над та всерединi прямокутної двохвимiрної западини в каналi чисельно дослiджується за допомогою LES-технологiї та пристiнної моделi. Спiввiдношення довжини до ширини западини становить 2, число Рейнольдса для западини дорiвнює 3360 та число Рейнольдса на ``входi'' є 20450 для турбулентного пограничного шару. 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 2192103. Чисельне моделювання виконано для того, щоб вивчити середню швидкiсть, фазово-осереднену швидкiсть, турбулентнi напруги, кiнетичну енергiю турбулентностi та пiдсiдковi ефекти. Узгоджуванiсть обчисленних профiлiв середньої швидкостi i турбулентних статистик з експериментальними результатами є доброю.

The three-dimensional turbulent incompressible flow over a rectangular two-dimensional cavity in a channel is investigated using LES-technique and wall model. The aspect ratio (length/depth) of the cavity is 2, cavity Reynolds number of 3360 and inflow Reynolds number of 20450 for turbulent boundary layer. 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 2192103. The simulation were performed to study the mean velocity, phase-averaged velocity, the turbulent stresses, the turbulence kinetic energy and subgrid-scale-model effect. There is good agreement between the computer mean-velocity profiles, turbulence statistics and experimental data.