Численное моделирование кризиса сопротивления при обтекании сферы с использованием вихреразрешающего подхода

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты моделирования кризиса сопротивления при обтекании сферы в рамках недавно предложенного вихреразрешающего гибридного RANS–LES-подхода, который включает полуэмпирическую модель ламинарно-турбулентного перехода. Расчеты, выполненные в широком диапазоне изменения числа Рейнольдса, свидетельствуют о том, что используемая комплексная модель качественно правильно описывает все аспекты кризиса сопротивления, в том числе, такие тонкие эффекты как рост амплитуды колебаний боковой силы при значениях числа Рейнольдса близких к критическому. Вместе с тем, полученные результаты показывают, что для достижения точного количественного предсказания критического числа Рейнольдса и деталей процессов ламинарно-турбулентного перехода и отрыва потока при режимах обтекания сферы близких к критическому необходимо использование очень мелких вычислительных сеток.

Об авторах

А. С. Стабников

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ)

Автор, ответственный за переписку.
Email: an.stabnikov@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Гарбарук

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ)

Email: an.stabnikov@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

М. Х. Стрелец

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ)

Email: an.stabnikov@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М. -Л.: Гостехиздат, 1950. 676 с.
  2. Шлихтинг Г. Теория Пограничного Слоя. 5-е изд. М.: Наука, 1974. 712 с.
  3. Tiwari S.S., Pal E., Bale S., Minocha N., Patwardhan A.W., Nandakumar K., Joshi J.B. Flow past a single stationary sphere, 2. Regime mapping and effect of external disturbances // Powder Technol. 2020. V. 365. P. 215–243.
  4. Taneda S. Visual observations of the flow past a sphere at Reynolds numbers between 104 and 106 // J. Fluid Mech. 1978. V. 85, № 1. P. 187–192.
  5. Norman A.K., McKeon B.J. Unsteady force measurements in sphere flow from subcritical to supercritical Reynolds numbers // Exp. Fluids. 2011. Т. 51. № 5. С. 1439–1453.
  6. Deshpande R., Desai A., Kanti V., Mittal S. Experimental investigation of boundary layer transition in flow past a bluff body // J. Phys. Conf. Ser. 2017. V. 822. С. 012003.
  7. Sakamoto H., Haniu H. A Study on Vortex Shedding From Spheres in a Uniform Flow // J. Fluids Eng. 1990. V. 112, № 4. P. 386–392.
  8. Constantinescu G., Squires K. Numerical investigations of flow over a sphere in the subcritical and supercritical regimes // Phys. Fluids. 2004. V. 16, № 5. P. 1449–1466.
  9. Muto M., Tsubokura M., Oshima N. Negative Magnus lift on a rotating sphere at around the critical Reynolds number // Phys. Fluids. 2012. V. 24, № 1. P. 014102.
  10. Texier B.D., Cohen C., Quéré D., Clanet C. Physics of knuckleballs // New J. Phys. 2016. V. 18, № 7. P. 073027.
  11. Suzen Y., LeBeau R. Cylinder Flow Simulation Using Combined Hybrid Turbulence and Transition Models // 38th Fluid Dynamics Conference and Exhibit. Seattle, Washington: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2008.
  12. Sørensen N.N., Bechmann A., Zahle F. 3D CFD computations of transitional flows using DES and a correlation based transition model // Wind Energy. 2011. V. 14, № 1. P. 77–90.
  13. You J.Y., Kwon O.J. A Blended Model for Simulating Massive Flow Separation and Laminar-Turbulence Transition // 42nd AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit. New Orleans, Louisiana: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2012.
  14. Hodara J., Smith M.J. Improved Turbulence and Transition Closures for Separated Flows // Proceedings of 41st European Rotorcraft Forum (ERF2015-113). Munich, Germany, 2015. P. 18.
  15. Kim H.J., Kwon O.J. Numerical Simulation of Transitional Flows Using a Blended IDDES and Correlation-Based Transition Model // Comput. Fluids. 2021. 104916.
  16. Spalart P.R., Jou W.H., Strelets M., Allmaras S.R. Comments on the feasibility of LES for winds, and on a hybrid RANS/LES approach. 1997.
  17. Spalart P. R., Deck S., Shur M.L., Squires K.D., Strelets M. Kh., Travin A. A New Version of Detached-eddy Simulation, Resistant to Ambiguous Grid Densities // Theor. Comput. Fluid Dyn. 2006. V. 20, № 3. P. 181–195.
  18. Probst A., Schwamborn D., Garbaruk A., Guseva E., Shur M., Strelets M., Travin A. Evaluation of grey area mitigation tools within zonal and non-zonal RANS-LES approaches in flows with pressure induced separation // Int. J. Heat Fluid Flow. 2017. V. 68. P. 237–247.
  19. Qiao L., Bai J., Hua J., Wang C. Combination of DES and DDES with a Correlation Based Transition Model // Appl. Mech. Mater. 2013. V. 444–445. P. 374–379.
  20. Coder J.G., Ortiz-Melendez H.D. Transitional Delayed Detached-Eddy Simulation of Multielement High-Lift Airfoils // J. Aircr. 2019. V. 56, № 4. P. 1303–1312.
  21. Стабников А. С., Гарбарук А.В. Алгебраическая модель ламинарно-турбулентного перехода для расчета турбулентных течений на основе метода моделирования отсоединенных вихрей // НТВ СПбГПУ. Физ.-мат. науки, 2022, т. 15, № 1, с. 16–29.
  22. Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model // Heat Mass Transf. 2003. V. 4.
  23. Gritskevich M. S., Garbaruk A.V., Schütze J., Menter F.R. Development of DDES and IDDES Formulations for the k-ω Shear Stress Transport Model // Flow Turbul. Combust. 2012. V. 88, № 3. P. 431–449.
  24. Shur M., Strelets M., Travin A. High-Order Implicit Multi-Block Navier-Stokes Code: Ten-Years Experience of Application to RANS/DES/LES/DNS of Turbulent Flows // Invited lecture. 7th Symposium on Overset Composite Grids and Solution Technology. Huntington Beach, USA. 2004.
  25. Rogers S., Kwak D. An upwind differencing scheme for the time-accurate incompressible Navier-Stokes equations // 6th Applied Aerodynamics Conference. Williamsburg, VA, U.S.A.: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1988.
  26. Chorin A.J. A numerical method for solving incompressible viscous flow problems // J. Comput. Phys. 1967. V. 2, № 1. P. 12–26.
  27. Travin A., Shur M., Strelets M., Spalart P.R. Physical and Numerical Upgrades in the Detached-Eddy Simulation of Complex Turbulent Flows // Advances in LES of Complex Flows / под ред. Friedrich R., Rodi W. Dordrecht: Springer Netherlands, 2002. V. 65. P. 239–254.
  28. Kim S.-E., Makarov B. An Implicit Fractional-Step Method for Efficient Transient Simulation of Incompressible Flows // 17th AIAA Computational Fluid Dynamics Conference. Toronto, Ontario, Canada: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2005.
  29. Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA J. 1994. V. 32, № 8. P. 1598–1605.
  30. Achenbach E. Experiments on the flow past spheres at very high Reynolds numbers // J. Fluid Mech. 1972. V. 54, № 3. P. 565–575.
  31. Zore K., Matyushenko A., Shah S., Aliaga C., Stokes J., Menter F. Laminar–Turbulent Transition Prediction on Industrial Computational Fluid Dynamics Applications // J. Aircr. 2023. V. 60, № 1. P. 1–20.
  32. Matyushenko A.A., Stabnikov A.S., Garbaruk A.V. Criteria of computational grid generation for turbulence models taking into account laminar-turbulent transition // J. Phys. Conf. Ser. 2019. V. 1400. 077047.
  33. Spalart P.R. Young-Person’s Guide to Detached-Eddy Simulation Grids: Contractor Report NASA/CR-2001–211032. 2001. P. 23.
  34. Nakhostin S.M., Giljarhus K.E.T. Investigation of transitional turbulence models for CFD simulation of the drag crisis for flow over a sphere // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2019. V. 700. P. 012007.
  35. Prandtl L. Ergebnisse der Aerodynamischen Versuchsanstalt zu Göttingen. Verlag R. Oldenbourg: 1923.
  36. Bakić V. Experimental investigation of turbulent flows around a sphere. 2003. P. 86.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024