ЗАСТОСУВАННЯ КОНІЧНОГО НАБЛИЖЕННЯ РІВНЯНЬ НАВ’Є – СТОКСА ДО КОМП’ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ СТРУКТУРИ НАДЗВУКОВИХ ВІДРИВНИХ ТЕЧІЙ

Анотація

Дослідження надзвукових турбулентних відривних течій є однією з основних проблем сучасної аеродинаміки, яка має як фундаментальне, так і практичне значення. Із практичного погляду просторові розподіли газодинамічних параметрів впливають на аеродинамічні характеристики надзвукових літальних апаратів, компресорів і турбін. Теоретичний інтерес до цього класу течій зумовлений тим, що тут виникають всі основні явища, властиві в’язко-нев’язким взаємодіям: значні градієнти параметрів, відрив потоку, турбулентність, інтенсивний теплообмін з поверхнею, що обтікається. Окремого значення набувають дослідження фізичних особливостей взаємодій ударних хвиль з турбулентним примежовим шаром (SWBLI – Shock Wave/Boundary Layer Interactions).Відомі результати досліджень взаємодії ударних хвиль із прикордонними шарами отримані переважно експериментальними методами. Однак проведення продувок в аеродинамічних трубах або натурних випробувань пов’язане як з великими фінансовими витратами, так і з обмеженим обсягом даних, що вимірюються.Рівняння Нав’є – Стокса, середні за Рейнольдсом чи Фавром (RANS), нині є основою обчислювальної аеродинаміки.Повна інформація про течію надає досліднику більше можливостей виявити характерні фізичні особливості потоків, що взаємодіють. Застосування сучасних чисельних методів, диференціальних моделей турбулентності, докладних розрахункових сіток дозволяють відтворювати течії, що досліджуються, з високим ступенем достовірності. Конічне наближення рівнянь Нав’є – Стокса стисливого газу дозволяє застосовувати для моделювання надзвукових течій із відповідною симетрією відриву потоку більш детальну розрахункову сітку, що приводить до можливості комп’ютерної реконструкції дрібних деталей взаємодії. Неявна кінцево-об’ємна методика другого порядку за простором цієї роботи заснована на схемі Roe. Розглянуто реалізацію диференціальної моделі турбулентності Spalart – Allmaras, адаптованої до надзвукових течій. Верифікацію розроблених х алгоритмів та комплексу програм проведено на задачі надзвукового турбулентного обтікання гострого конуса за закритичного кута атаки.