ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДА К ТУРБУЛЕНТНОСТИ В СВЕРХЗВУКОВОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ, ОБУСЛОВЛЕННОГО НАЛИЧИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ МАССООБМЕНА
Автор: Григорий Васильевич Толоко
Соавторы: Калугин Степан Тихонович
Организация: Московский физико-технический институт
В связи с ростом сопротивления трения при турбулизации потока ламинарно-турбулентный переход остается актуальной проблемой для исследований. Одним из методов таких исследований является метод прямого численного моделирования. При этом в расчетах этим методом возникает проблема постановки задачи для возмущений в потоке: разный спектральный состав возмущений может приводить к различным результатам в области ламинарно-турбулентного перехода.
В данной работе проведено численное моделирование ламинарно-турбулентного перехода и турбулентности в сверхзвуковом пограничном слое на плоской пластине для двух различных генераторов возмущений – с узким и широким спектрами. Численное решение уравнений получено при помощи пакета программ [1,2]. Параметры набегающего потока взяты такими же, как и в [3]: число Маха M∞ = 3; число Рейнольдса, посчитанное по длине пластины, ReL = 2.37×106; температура T∞ = 103.6 К.
На основе анализа полей обнаружено, что, несмотря на отличия в форме возмущений от генераторов, поля давления на стенке в области нелинейного развития возмущений содержат одинаковые структуры (рис.). Обнаружено, что зависимости энергии отдельных компонент спектра возмущений (гармоник) от продольной координаты в двух случаях качественно совпадают. Это говорит об одинаковом сценарии нелинейного взаимодействия – косом распаде [4]. Показано, что зависимости среднего коэффициента трения от продольной координаты в двух случаях выглядят схожим образом и в турбулентной области выходят на уровень экспериментальной корреляции.
Рис. Возмущения давления на пластине в фиксированный момент времени
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект №23-79-10072-П.).
1. Башкин В. А., Егоров И. В. Численное моделирование динамики вязкого совершенного газа. ФИЗМАТЛИТ, 2012.
2. Егоров И. В., Новиков А. В. Прямое численное моделирование ламинарно-турбулентного обтекания плоской пластины при гиперзвуковых скоростях потока // Журнал Вычислительной Математики И Математической Физики. 2016. Т. 56, № 6. С. 1064–1081.
3. Mayer C. S. J., Von Terzi D. A., Fasel H. F. Direct numerical simulation of complete transition to turbulence via oblique breakdown at Mach 3 // J. Fluid Mech. 2011. V. 674. P. 5–42.
4. Chang C.-L., Malik M. R. Oblique-mode breakdown and secondary instability in supersonic boundary layers // J. Fluid Mech. 1994. V. 273. P. 323–360.
