Численное моделирование внутрикамерных нестационарных турбулентных течений. Часть 1
DOI:
https://doi.org/10.14529/mmp190103Ключевые слова:
внутрикамерные процессы, турбулентность, нестационарное течение, вычислительная гидрогазодинамика.Аннотация
В работе представлена методика моделирования трехмерных внутренних нестационарных турбулентных течений, в частности, течения продуктов сгорания в твердотопливном ракетном двигателе. Приведена система определяющих уравнений, описывающая поток сжимаемого вязкого газа, записанная в цилиндрической системе координат. Предложен вычислительный алгоритм, разработанный на основе модифицированной схемы расщепления векторов потоков, относящийся к классу методов, использующих подход Годунова. Данный алгоритм пригоден для сквозного расчета внутреннего течения по всему тракту ракетного двигателя, включающего как зоны дозвукового течения в камере, так и зону сверхзвукового течения в сопле. Полученные результаты численного моделирования внутреннего турбулентного течения газа в модельном ракетном двигателе показывают осциллирующий ударно-волновой характер процессов, протекающих в камере двигателя на начальном этапе работы. Определено время выхода двигателя на стационарный режим.Библиографические ссылки
Lipanov A.M., Bobryshev V.P., Aliev A.V., Spiridonov F.F., Lisitsa V.D. Chislennyi eksperiment v teorii RDTT [Numerical Experiment in the Theory of Solid Propellant Rocket Motors]. Ekatirinburg, UIF Nauka, 1994. (in Russian)
Ciucci A., Iaccarino G., Moser R., Najjar F., Durbin P. Simulation of Rocket Motor Internal Flows with Turbulent Mass Injection. Center for Turbulence Research. University of Stanford, 1998, pp. 245–266.
Aliev A.V., Mishchenkova O.V., Cherepov I.V. Nonstationary Intra-Chamber Processes in Solid-Propellant Controlled Propulsion System. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series: Mechanical Engineering, 2016, no. 4, pp. 24–39. DOI: 10.18698/0236-3941-2016-4-24-39
Apte S.V., Yang V. A Large-Eddy Simulations Study of Transition and Flow Instability in a Porous-Walled Chamber with Mass Injection. Journal of Fluid Mechanics, 2003, vol. 477, pp. 215–225. DOI: 10.1017/S0022112002002987
Lipanov A.M., Kisarov Yu.F., Klyuchnikov I.G. Numerical Method for Calculating Turbulent Flows and Heat Transfer in Aircraft Engines. Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 1992, no. 6, pp. 49–53.
Vuillot F., Lupoglazoff N. Combustion and Turbulent Flow Effects in 2D Unsteady Navier– Stokes Simulations of Oscillatory Solid Rocket Motors. AIAA Paper, 1996, no. 96-0884, 15 p.
Lipanov A.M., Koroleva M.R., Dadikina S.Yu. Adapted Cylindrical Coordinates for Internal Volumes of Structural Elements of a Solid-Propellant Rocket Engine. Proceedings of the Steklov Institute of Mathematics (Supplementary Issues), 2012, vol. 18, no. 1, pp. 213–221.
Volkov K.N., Bulat P.V., Volobuev I.A., Pronin V.A. Heat Transfer in a Cavity with Rotating Disk in Turbulent Regime. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2017, vol. 17, no. 3, pp. 514–524. (in Russian) DOI: 10.17586/2226-1494-2017-17-3-514-524
Lipanov A.M. Teoreticheskaya gidromekhanika n’yutonovskikh sred [Theoretical Fluid Mechanics of Newtonian Media]. Moscow, Nauka, 2011. (in Russian)
Fluent 6.3 User’s Guide, 2006. Available at: www.sharcnet.ca/Software/Fluent6/html/ug/main_pre.htm
Steger J.L., Warming R.F. Flux Vector Splitting of the Inviscid Gasdynamic Equations with Application to Finite Difference Methods. Journal of Computational Physics, 1981, vol. 40, no. 2, pp. 263–293. DOI: 10.1016/0021-9991(81)90210-2
Anderson W.K., Thomas J.L., Van Leer B. A Comparison of Finite Volume Flux Vector Splittings for the Euler Equations. AIAA Journal, 1986, vol. 24, no. 9, pp. 1453–1460. DOI: 10.2514/3.9465
Van Leer B. Towards the Ultimate Conservative Difference Scheme V. A Second Order Sequel to Godunov’s Method. Journal of Computational Physics, 1979, vol. 32, no. 1, pp. 101–136.
DOI: 10.1016/0021-9991(79)90145-1
Surov V.S., Berezancky I.V. Godunov’s Method for a Multivelocity Model of Heterogeneous Medium. Bulletin of the South Ural State University. Series: Mathematical Modelling, Programming and Computer Software, 2014, vol. 7, no. 2, pp. 87–98. (in Russian)
DOI: 10.14529/mmp140208
Chung T.J. Computational Fluid Dynamics. Cambridge, Cambridge University Press, 2002. DOI: 10.1017/CBO9780511606205
Akselvoll K., Moin P. Large-Eddy Simulation of Turbulent Confined Coannular Jets. Journal of Fluid Mechanics, 1996, vol. 315, pp. 387–411. DOI: 10.1017/S0022112096002479
Ducros F., Nicoud F., Poinsot T. Wall-Adapting Local Eddy-Viscosity Models for Simulations in Complex Geometries. Proceeding of the 6th ICFD Conference on Numerical Methods for
Fluid Dynamic, Oxford, United Kingdom, 1998, pp. 293–299.
Shumikhin A.A., Koroleva M.R., Dadikina S.Yu., Karpov A.I. Application of WENO Scheme for Simulation of Turbulent Flow in a Channel with Backward-Facing Step. Vestnik Udmurtskogo universiteta. Matematika. Mekhanika. Komp’yuternye nauki [The Bulletin of Udmurt University. Mathematics. Mechanics. Computer Science], 2017, vol. 27, no. 3, pp. 460–469. (in Russian) DOI: 10.20537/vm170313
