ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БИМОДАЛЬНОСТИ ПОДКОВООБРАЗНОГО ВИХРЯ ПРИ ОБТЕКАНИИ СТЫКА КРЫЛА И ПЛАСТИНЫ

Автор: Игорь Сергеевич Босняков

Соавторы: И.С.Босняков, А.В.Волков, С.В. Матяш, А.И. Трошин

Организация: ФАУ ЦАГИ

Рис. Схема течения (из [1])

В работе рассматривается численное моделирование обтекания крыла, установленного перпендикулярно на плоской пластине. Крыло симметричное, расположено вдоль потока. Профиль состоит из двух кривых, соединенных гладко в самой толстой части – это половина эллипса 3:2 и хвостовая часть профиля NACA0020. Толщина крыла Т = 77 мм, хорда С = 305 мм и полуразмах крыла 229 мм. Течение низкоскоростное с характерной скорость U_ref = 27 м/c. Число Re_с ~ 10⁶ по хорде. Пограничный слой при натекании на крыло имеет толщину 0.25 T. Схема течения показана на рисунке.

Данная задача рассматривалась в экспериментальной работе [1]. Аналогичная задача, с меньшей толщиной набегающего пограничного слоя рассчитывалась численно в постановке DNS в [2]. Во всех случаях вблизи стыка крыла с пластиной образовывался подковообразный вихрь (ПВ). Этот вихрь сопровождался множественными вторичными вихревыми структурами, отрывами и присоединениями течения на пластине. Картина течения нестационарная и турбулентная. При анализе данных было выделено, что на турбулентном фоне выделяются два средних попеременно меняющихся положения ПВ: ближе к передней кромке крыла и дальше от неё. Это явление названо бимодальностью течения.

Численное изучение бимодальности затруднительно. Проведенные в [2] расчёты DNS показали, что потребны расчётные мощности преэкзафлоп класса, при этом использована сетка 50 млн. ячеек (1 млрд. степеней свободы) и численная схема, основанная на методе Галеркина 4-го порядка точности. Работы, где использовался подход URANS, показывают, что бимодальность течения не воспроизводится. При использовании вихреразшающих подходов бимодальность моделируется, однако положение ПВ и статистические характеристики бимодальности отличаются от наблюдаемых в эксперименте.

В данной работе рассматривается численное моделирование описанной задачи в рамках подходов URANS и вихреразрешающего подхода IDDES. В работе исследуется влияние густоты сетки на получаемое решение. Применяются разные модели турбулентности: SA, SST, модель класса DRSM SSG-LLR-ω. Модели URANS во всех случаях дают стационарное решение. Картина течения изменяется в зависимости от выбранной модели турбулентности.

 Нестационарное решение с бимодальностью получается применением подхода IDDES.

 Проводится сравнение результатов расчёта с экспериментальными данными.

Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда №23-11-00210, https://rscf.ru/project/23-11-00210/. Результаты работы опубликованы в [3].

 1.    Devenport W.J., Simpson R.L. Time-dependent and time-averaged turbulence structure near the nose of a wing-body junction // J. Fluid Mech. – 1990. – №3 (210) – P.23–55

 2.    http://kbwiki.ercoftac.org/w/index.php?title=DNS_1-6_Description

 3.    I. S. Bosnyakov , A. V. Wolkov , S. V. Matyash, and A. I. Troshin, Computations of Flow Near the Nose of Wing-body Junction // Lobachevskii J. Math, 2024, Vol. 45, No. 5, P. 1917–1924,