Применение 3D кода расчета турбулентного течения к анализу «гистерезиса» давления в вакуумной камере газового эжектора

Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ


Авторы

Ларина Е. В. 1*, Ципенко А. В. 1**, Афанасьев А. А. 1***, Крюков И. А. 2****

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия
2. Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, ИПМех РАН, проспект Вернадского, 101,корп.1, Москва, 119526, Россия

*e-mail: larinaelenav@gmail.com
**e-mail: tsipenko_av@mail.ru
***e-mail: tempero@tempero.com
****e-mail: kryukov@ipmnet.ru

Аннотация

В статье представлены результаты анализа экспериментальных данных о работе газового эжектора как вакуумного насоса и результаты численных экспериментов. Для численных экспериментов использован код расчета трехмерного течения по неявной схеме по времени с третьим порядком точности по пространству. Код тестирован на течениях с однородным сдвигом, турбулентным пограничным слоем вдоль плоской пластине и автомодельной струе. Выполнено сравнение с экспериментом и результатами расчетов сверхзвуковой перерасширенной струи по стандартной k‑ε модели, k‑ε модели с поправкой Chen, k‑ε модели RNG. Получено качественное соответствие эксперименту по ударно-волновой картине течения и приемлемое количественное согласие по давлению Пито. Численным экспериментом показано, что петля «гистерезиса» в зависимости давления в вакуумной камере от давления рабочего газа связана с нестационарным изменением параметров в процессе запуска эжектора.

Ключевые слова

газовый эжектор, вакуумный насос, экспериментальные данные, сверхзвуковая струя, отрыв пограничного слоя, численное моделирование, турбулентность, процедура восстановления, течение с однородным сдвигом, течение в пограничном слое

Библиографический список

  1. Соболев А.В., Запрягаев В.И., Мальков В.М. Одноступенчатый эжектор большой степени сжатия // Теплофизика и аэромеханика. 2005. Т. 12. № 1. С. 149 – 158.

  2. Ларина Е.В., Ципенко А.В. Экспериментальные данные о потоке в газовом эжекторе для верификации моделей турбулентности // Труды МАИ. 2017. № 97. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=87135

  3. Verma S.B., Stark R., Génin C., Haidn O. Cold gas dual-bell tests in high-altitude simulation chamber // Shock Waves, 2011, vol. 21, issue 2, pp. 131 – 140, doi 10.1007/s00193-011-0302-6

  4. Kartovitskiy L., Lee J.H., Tsipenko A. Numerical and Experimental Investigation of Non-Stationary Processes in Supersonic Gas Ejector // 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences. ICAS 2014, ISBN CD: 3-932182-80-4.

  5. Исаев А.И., Скоробогатов С.В. Гидродинамическая верификация и валидация численных методов расчета течения в камере сгорания газотурбинного двигателя // Труды МАИ. 2017. № 97. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=87336

  6. Ivanov I.E., Kryukov I.A., Larina E.V. Effect of the turbulnet viscosity relaxation time on the modelling of nozzle and jet flows // Fluid Dynamics, 2014, vol. 49, issue 5, pp. 694 – 702, https://doi.org/10.1134/S00154628

  7. Письменный В.Л. Математическая модель звукового газового эжектора с цилиндрической камерой смешения в системе турбоэжекторного двигателя // Труды МАИ. 2003. № 12. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=34456

  8. Письменный В.Л. Турбоэжекторный двигатель // Труды МАИ. 2003. № 11. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=34476

  9. Голубев В.А., Монахова В.П. Методы исследования эжекторных усилителей тяги (ЭУТ) // Труды МАИ. 2006. № 22. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=34102

  10. Borisov V.E., Davydov A.A., Kudryashov I.Yu., Lutsky A.E., Men’shov I.S. Parallel implementation of an implicit scheme based on the LU-SGS method for 3D turbulent flows // Mathematical Models and Computer Simulations, 2015, vol. 7, issue 3, pp. 222 – 232, https://doi.org/10.1134/S2070048215030035

  11. Tavoularis S., Corrsin S. Experiments in a nearly homogeneous shear flow with a uniform mean temperature gradient, Part 1 // Journal of Fluid Mechanics, 1981, no. 104, pp. 311 – 347.

  12. Olsen M.E., Coakley T.J. The Lag Model, a Turbulence Model for Non Equilibrium Flows // 15th AIAA Computational Fluid Dynamics, 2001, pp. 2001 – 2564.

  13. Gulyaev A.N., Kozlov V.E., Secundov A.N. A Universal One-Equation Model for Turbulent Viscosity // Fluid Dynamics, 1993, vol. 28, no. 4, pp. 485 – 494.

  14. Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD, DCW Industries, Inc., Griffin Printing, Glendale, California, 1994, XIX, 460 p.

  15. Abramovich G.N. The theory of turbulent jets, The M.I.T. Press, Cambridge, Massachusetts, 1963, 671 p.

  16. Zapryagaev V.I., Kudryavtsev A.N., Lokotko A.V. An experimental and numerical study of a supersonic jet shockwave structure // West East High Speed Flow Fields – CIMNE, Barcelona, Spain, 2002, pp. 346 – 351.

  17. Chen Y.S., Applications of a new wall function to turbulent flow computations // AIAA Pap. 86-0438, 1986, 11 p.

  18. Sarkar S., Erlebacher G., Hussaini M.Y., Kreiss H.O. The analysis and modeling of dilatational terms in compressible turbulence // Journal of Fluid Mechanics, 1991, vol. 227, pp. 473 – 493.

  19. Yakhot V., Orszag S.A., Thangam S., Gatski T.B., Speziale C.G. Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique // Physics of Fluids A, 1992, no. (4)7, pp. 1510 – 1520.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2021

Вход