АО "ОКБМ Африкантов"
В работе приводятся результаты комплексных расчетно-экспериментальных исследований обтекания прямоугольной каверны, являющихся продолжением работы [1]. Цель исследований - отработка подхода по численному моделированию нестационарных процессов, возникающих при обтекании элементов проточной части изделий в интересах использования разработок на универсальных атомных ледоколах.
Обтекание каверны производилось воздушным потоком на дозвуковых величинах скорости (число Маха M < 0,3) в канале с круглым сечением.
Анализ результатов расчетно-экспериментальных исследований показал прямую взаимосвязь характерной частоты следования вихревых структур в каверне, с частотами акустических мод, локализованных на участках всасывающего или напорного трубопровода.
В работе проведено сопоставление полученных результатов численных расчетов с результатами исследований, опубликованных в открытых литературных источниках [2,3]. Кроме того, показана удовлетворительная сходимость результатов численных и экспериментальных исследований, а также описаны некоторые проблемы численного моделирования потока при обтекании каверн.
1. Колесникова Е.В., Зайцев Д.К., Смирнов Е.М., Будников А.В., Шмелев Е.И., Маслов М.Г., Акустический резонанс в кольцевой полости с осевым транзитным потоком // Журнал Известия РАН, Механика Жидкости и Газа, 2024г. №4. С. 150-162.
2. Rockwell D. Naudascher.E. Self-Sustaining Oscillations of Flow Past Cavities // Journal of Fluids Engineering, 1978, Vol.100 P. 153-165
3. Rossiter J. E. Wind Tunnel Experiments on the Flow Over Rectangular Cavities at Subsonic and Transonic Speeds // Royal Aircraft Establishment Technical Rept. 64037, 1964.
Михаил Геннадьевич Маслов
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 Uref = 27 м/c. Число Reс ~ 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,
Игорь Сергеевич Босняков
АО "ОКБМ Африкантов"
Резонатор Гельмгольца - широко распространенное в акустике устройство, позволяющее снижать уровни звукового давления на определенных частотах. В классическом понимании в акустике резонатор Гельмгольца - это сосуд с жесткими стенками, который соединен с внешней средой через отверстие или трубу, называемую горлом.
В настоящей работе исследовалось применение резонатора Гельмгольца для снижения высокочастотных интенсивных колебаний, обусловленных резонансом глухой кольцевой полости, сообщающейся с трубопроводной системой через узкую кольцевую щель. В рассматриваемой работе непосредственно резонанс кольцевой полости возникает от потока воздуха, движущегося по трубопроводу и затекающему через щель в кольцевую полость [1,2].
Для исследований акустических эффектов возбуждения колебаний в кольцевой полости от потока воздуха, а также для анализа эффективности гашения колебаний резонатором Гельмгольца использовался CFD расчет в сжимаемой постановке. На рисунке приведены результаты CFD расчетов в точке мониторинга в рассматриваемой кольцевой полости, демонстрирующие наличие выделенной основной частоты резонанса полости, и иллюстрация размещения резонаторов Гельмгольца для снижения высокочастотных колебаний. Полученные результаты исследований предполагается использовать в универсальных атомных ледоколах.
1. Игрушкин С.И., Шмелев Е.И., Гантман М.Ю., Куликов Д.А., Маслов М.Г. Исследование автоколебательных процессов возникающих в арматуре // Сборник тезисов Всероссийской конференции молодых ученых-механиков (YSM-2024). 2024г.
2. Колесникова Е.В., Зайцев Д.К., Смирнов Е.М., Будников А.В., Шмелев Е.И., Маслов М.Г., Акустический резонанс в кольцевой полости с осевым транзитным потоком // Журнал Известия РАН, Механика Жидкости и Газа, 2024г. №4. С. 150-162
Михаил Юрьевич Гантман
