Численное моделирование взаимодействия направленного скачка уплотнения и поперечно выдуваемой струи в сверхзвуковом потоке.


Авторы

Сназин А. А., Шевченко В. И.*

Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, Санкт-Петербург, Россия

*e-mail: vka@mil.ru

Аннотация

Падающий скачок уплотнения оказывает существенное влияние на структуру потока близи выдуваемой струи газа, что приводит к эффективному перемешиванию потоков. В данной работе проведены исследования по достижению сеточной сходимости задачи и влияния размера уступа на ударно-волновую структуру вблизи выдуваемой струи газа. Представленные результаты в статье показывают, что размер уступа оказывает значительное влияние на структуру потока. Когда размеры уступа становятся достаточно велики, происходит смещение падающего скачка уплотнения ближе ко входу в канал, изменяется форма области пониженного давления за выдуваемой струей. При этом увеличивается возмущение течения перед и после выдуваемой струи газа. Валидация результатов, полученных численным методом, показала хорошее совпадение с данными, полученными экспериментальным путем.

Ключевые слова:

выдув струи газа, сверхзвуковой поток, адаптация сетки, скачки уплотнения

Библиографический список

  1. Fric T.F., Roshko A. Vortical Structure in the Wake of a Transverse Jet // Journal of Fluid Mechanics, 1994, vol. 279, pp. 1–47. DOI: 10.1017/S0022112094003800

  2. Ben-Yakar A., Mungal M.G., Hanson R.K. Time Evolution and Mixing Characteristics of Hydrogen and Ethylene Transverse Jets in Supersonic Crossflows // Physics of Fluids, 2006, vol. 18, no. 2, pp. 026101. DOI: 10.1063/1.2139684

  3. Gruber M.R., Nejad A.S., Chen T.H., Dutton J.C. Mixing and Penetration Studies of Sonic Jets in a Mach 2 Freestream // Journal of Propulsion and Power, 1995, vol. 11, no. 2, pp. 315–323. DOI: 10.2514/3.51427

  4. Gruber M.R., Nejad A.S., Chen T.H., Dutton J.C. Bow Shock/Jet Interaction in Compressible Transverse Injection Flowfields // AIAA Journal, 1996, vol. 34, no. 10, pp. 2191–2193. DOI: 10.2514/3.13372

  5. Сназин А.А., Шевченко А.В., Панфилов Е.Б., Прилуцкий И.К. Исследование взаимодействия недорасширенной газовой струи, выдуваемой из тела, с высокоскоростным набегающим потоком // Труды МАИ. 2021. № 119. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=159782. DOI: 10.34759/trd-2021-119-05

  6. Zhong,W.; Zhang, T.; Tamura, T. CFD Simulation of Convective Heat Transfer on Vernacular Sustainable Architecture: Validation and Application of Methodology // Sustainability, 2019, vol. 11 (15), pp. 4231. DOI: 10.3390/su11154231

  7. Борисов А.Д. Исследование влияния подачи струй в камеру на эффективность смешения и горения топливо-воздушной смеси // Труды МАИ. 2016. № 90. URL: https://www.trudymai.ru/published.php?ID=74721

  8. Ларина Е.В., Крюков И.А., Иванов И.Э. Моделирование осесимметричных струйных течений с использованием дифференциальных моделей турбулентной вязкости // Труды МАИ. 2016. № 91. URL: https://www.trudymai.ru/published.php?ID=75565

  9. Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В., Третьякова О.Н. Численное моделирование взаимодействия многоблочных сверхзвуковых турбулентных струй с преградой // Труды МАИ. 2013. № 70. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=44440

  10. Головкин М.А., Головкина Е.В. Визуализация структур течения в окрестности моделей летательных аппаратов в гидродинамической трубе малых скоростей (самолетные аэродинамические компоновки) // Труды МАИ. 2016. № 90. URL: https://www.trudymai.ru/published.php?ID=74692

  11. Z.X. Gao, C.H. Lee. Numerical research on mixing characteristics of different injection schemes for supersonic transverse jet // Science China Technological Sciences, 2011, vol. 54 (4), pp. 883–893. DOI: 10.1007/s11431-010-4277-9

  12. Gruber M.R., Nejad A.S., Chen T.H., Dutton J.C. Mixing and penetration studies of sonic jets in a Mach 2 freestream // Journal of Propulsion and Power, 1995, vol. 11 (2), pp. 315–323. DOI: 10.2514/6.2007-5420

  13. Cai Z., Gao F., Wang H., Ma C., Yang T. Numerical Study on Transverse Jet Mixing Enhanced by High Frequency Energy Deposition // Energies, 2022, no. 15, pp. 8264. DOI: 10.3390/en15218264

  14. Li L.Q., Huang W., Yan L., Li S.B., Liao L. Mixing improvement induced by the combination of a micro-ramp with an air porthole in the transverse gaseous injection flow field // International Journal of Heat and Mass Transfer, 2018, vol. 124, pp. 109–123. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.03.061

  15. Choubey G., Deuarajan Y., Huang W., Mehar K., Tiwari M., Pandey K.M. Recent advances in cavity-based scramjet engine- a brief review // International Journal of Hydrogen Energy, 2019, vol. 44, pp. 13895–13909. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.04.003

  16. Choubey G., Devarajan Y., Huang W., Shafee A., Pandey K.M. Recent research progress on Transverse injection technique for Scramjet applications-a brief review // International Journal of Hydrogen Energy, 2020, vol. 45, pp. 27806–27827. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.07.098

  17. Ben-Yakar A. Experimental Investigation of Mixing and Ignition of Transverse Jets in Supersonic Crossflows, Stanford University, Stanford, CA, USA, 2001.

  18. Leonov S., Isaenkov Y., Yarantsev D., Schneider M. Fast Mixing by Pulse Discharge in High-Speed Flow // In Proceedings of the AIAA/AHI Space Planes // Hypersonic Systems & Technologies Conference, Canberra, Australia, 6–9 November 2013.

  19. Leonov S.B., Houpt A., Hedlund B. Experimental Demonstration of Plasma-Based Flameholder in a Model Scramjet // 21st AIAA International Space Planes and Hypersonics Technologies Conference, Xiamen, China, 6–9 March 2017. DOI: 10.2514/6.2017-2249

  20. Shi J., Hong Y., Bai G., Ke L. Effect of Thermal Actuator on Vortex Characteristics in Supersonic Shear Layer // 47th AIAA Fluid Dynamics Conference, Denver, CO, USA, 5–9 June 2017. DOI: 10.2514/6.2017-4307


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход