Detailed Comparative Analysis of Interaction of a Supersonic Flow with a Transverse Gas Jet at High Pressure Ratios - Inria - Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique Access content directly
Journal Articles Technical Physics / Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki Year : 2019

Detailed Comparative Analysis of Interaction of a Supersonic Flow with a Transverse Gas Jet at High Pressure Ratios

Детально-сравнительный анализ взаимодействия сверхзвукового потока с поперечной газовой струей при больших параметрах нерасчетности

Abstract

Поступило в Редакцию 17 января 2019 г. В окончательной редакции 17 января 2019 г. Принято к публикации 24 апреля 2019 г. Проведено исследование взаимодействия пространственного сверхзвукового турбулентного потока газа с вдуваемой перпендикулярно со стенки звуковой струей, направленное на выявление и углубленное пони-мание механизмов образования вихрей за вдуваемой звуковой струей в сверхзвуковом натекающем потоке в зависимости от (отношение давления в струе к давлению в потоке). Решение трехмерных осредненных по Фавру уравнений Навье−Стокса, замкнутых k−ω моделью турбулентности, осуществляется с помощью алгоритма, построенного на основе ENO-схемы высокого порядка аппроксимации. Показано присутствие известных из ряда теоретических работ вихревых структур. Определены параметры нерасчетности, при которых появляется дополнительная пара вихрей, где одна пара возникает в результате взаимодействия замедленного потока струи за диском Маха и высокоскоростного восходящего внешнего потока струи, а вторая обусловлена взаимодействием потока над струей с бочкообразной структурой. В результате сравнительного анализа выявлены условия, при которых наблюдается четкая картина дополнительных роговых вихрей вблизи стенки в области за струей. Получена зависимость угла наклона головного скачка уплотнения от параметра нерасчетности. Установлено удовлетворительное согласие распределения давления на стенке перед струей в плоскости симметрии с экспериментальными данными. Ключевые слова: численное моделирование, сверхзвуковое течение, совершенный газ, пограничный слой, уравнения Навье−Стокса, параметр нерасчетности, ударная волна. Введение Течения высокоскоростных струй в поперечном по-токе обеспечивают эффективное смешивание топли-ва и окислителя, имеющего решающее значение для сверхзвукового горения. На данный момент известно большое количество экспериментальных [1-5] и теоре-тических [6-14] исследований, в которых достаточно хорошо изучен механизм образования ударно-волновой структуры струйного взаимодействия для умеренных параметров нерасчетности n (отношение давления в струе к давлению в потоке). Общую картину течения схематически можно представить следующим образом (рис. 1, a-пространственная картина, b-на линии симметрии): линия 1-головной скачок уплотнения, возникающий вследствие торможения набегающего по-тока перед струей, линии 2, 3-косой и замыкающий скачки уплотнения соответственно. Головной, косой и замыкающий скачки уплотнения, пересекаясь в одной точке, образуют λ-образную структуру. Буквами D и B обозначены диск Маха и бочкообразная структура в струе соответственно. Линиями 4 и 5 изображены хоро-шо известные два противоположно вращающихся вихря перед струей, появляющихся из-за большого градиен-та давления, создаваемого на стенке перед вдуваемой струей и, как следствие, отрыва пограничного слоя. На рис. 1, c схематически иллюстрируется вихревая структура за струей, которая, как известно, вносит существенный вклад в смешение топлива и окислите-ля. Здесь линией 6 представлен вихревой след, 8-это общеизвестная противоположно-вращающаяся пара вихрей в самой струе, образованная прогибом струи и конвекцией поперечного потока, также здесь приведен подковообразный вихрь 7. Однако в работе [9] в результате численного модели-рования течения с параметром нерасчетности n = 282 и в расчетах [13], проведенных с параметрами нерас-четности в диапазоне 10 ≤ n ≤ 50, выявлено наличие дополнительных пар вихрей за струей, которая схемати-чески также иллюстрируется на рис. 1, c. В этой картине новыми являются вихревые структуры 9 и 10, где пара вихрей 9 возникает за счет взаимодействия струи, прохо-1513
Fichier principal
Vignette du fichier
-ТехФиз.pdf (5.27 Mo) Télécharger le fichier
Origin : Files produced by the author(s)
Loading...

Dates and versions

hal-02373910 , version 1 (28-11-2019)

Identifiers

Cite

Assel Beketaeva, Pascal Bruel, Altynshash Zh. Naimanova. Detailed Comparative Analysis of Interaction of a Supersonic Flow with a Transverse Gas Jet at High Pressure Ratios. Technical Physics / Zhurnal Tekhnicheskoi Fiziki, 2019, 64 (10), pp.1430-1440. ⟨10.1134/S1063784219100049⟩. ⟨hal-02373910⟩
54 View
136 Download

Altmetric

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More