ПОРІВНЯННЯ СХЕМ АПРОКСИМАЦІЇ КОНВЕКТИВНИХ ДОДАНКІВ В РІВНЯННЯХ НАВ’Є-СТОКСА В ПРОГРАМНОМУ КОМПЛЕКСІ OPENFOAM

Анотація

Ламінарне вихроутворення за круглим циліндром є типовим тестом для перевірки чисельних методів. Кількісні результати чисельного моделювання при великих числах Рейнольдса залишаються чутливими до методу апроксимації конвективних доданків. CFD програмні комплекси з відкритим кодом пропонують широкий вибір схем апроксимації конвективних доданків за допомогою яких можливо знайти компроміс між чисельною дифузією, дисперсією, стійкістю та обмеженістю. Метою цього дослідження є оцінка впливу схем апроксимації конвективних доданків, доступних в OpenFOAM, на точність визначення аеродинамічних коефіцієнтів, частоти вихроутворення та структури сліду у випадку двовимірного обтікання кругового циліндру нестисливиою рідиною з числом Рейнольдса. Re = 200. Течія моделюється за допомогою розв’язувача нестаціонарних нестисливих процесів pimpleFoam на структурованій O – подібній сітці з перевіркою незалежності сітки від розміру комірок та кроку за часом. Проведено порівняння ряду чисельних схем апроксимації конвективних доданків, таких як linearUpwind, limitedLinear, cubic, limitedCubic, MUSCL та SuperBee, включаючи їх векторні (‘V’) варіанти. Досліджується вплив обмежувачів градієнтів на розв’язок. Ефективність оцінюється шляхом порівняння коефіцієнтів опору та підйомної сили, числа Струхаля та якісної оцінки контурів завихреності з відомими експериментальними та чисельними даними. Результати показують, що тип чисельної схеми суттєво впливає на точність рішення. Значення аеродинамічних коефцієнтів, отримані за допомогою схем з високою роздільною здатністю MUSCLV та SuperBeeV, значно перевищують експериментальні, використання схем limitedLinear та limitedCubic призводить до заниження значень аеродинамічних коефіцієнтів внаслідок схемної в’язкості. Однак використання векторних обмежувачів покращило точність. Серед протестованих чисельних схем linearUpwind та linearUpwindV надають найкращий баланс між точністю, стійкістю та якістю моделювання вихрового сліду. Крім того, ці схеми, здатні моделювати плавні, неспотворені контури завихреності, тоді як інші внесли значні нефізичні спотворення. Отримані результати підкреслюють критичну роль схеми апроксимації конвективних доданків в течіях з домінуванням вихрів. В роботі надано практичні рекомендації для надійного моделювання течій нестисливої рідини за допомогою OpenFOAM.