ПРИКЛАДНАЯ МАТЕМАТИКА И МЕТОДЫ
МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
УДК 536.24, 621.9
РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
СВЕРХЗВУКОВОГО ТУРБУЛЕНТНОГО ОТРЫВНОГО ТЕЧЕНИЯ
И ЛОКАЛЬНОЙ ТЕПЛООТДАЧИ В ПЛОСКОМ КАНАЛЕ
С ВНЕЗАПНЫМ РАСШИРЕНИЕМ
В.В. Носатов
,
П.А. Семен¨ев
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация
e-mail:
Получены и рассмотрены результаты численного и экспериментального иссле-
дования сверхзвукового отрывного течения и локальной теплоотдачи в плос-
ком канале с внезапным односторонним расширением при числе Маха
M
≈
3 и
наличии турбулентного пограничного слоя перед отрывом со ступеньки. В ма-
тематической модели использованы осредненные по Рейнольдсу уравнения На-
вье – Стокса, дополненные в различных вариантах расчета моделями турбу-
лентности
k
−
ω
,
k
−
ε
и Спаларта – Альмараса. Представлены расчетные по-
ля газодинамических параметров в ступенчатом канале. Проведено сравнение
расчетных и экспериментальных распределений давления на стенке и коэффи-
циента теплоотдачи за уступом. Выполнен анализ пространственной корреля-
ции полученных полей скорости, поверхностного давления и трения, а также
коэффициента теплоотдачи в области отрыва и присоединения пограничного
слоя.
Ключевые слова
:
газодинамика, теплообмен, сверхзвуковой поток, пограничный
слой, турбулентность, отрывное течение, скачок уплотнения.
COMPUTATIONAL AND EXPERIMENTAL STUDY OF THE SUPERSONIC
TURBULENT SEPARATED FLOW AND LOCAL HEAT TRANSFER
IN A FLAT DUCT WITH A SUDDEN EXPANSION
V.V. Nosatov
,
P.A. Semenyov
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russian Federation
e-mail:
Results of numerical and experimental study of the supersonic separated flow and
local heat transfer in a flat duct with a sudden one-side enlargement at the Mach
number
M
≈
3 and the initial turbulent boundary layer before the flow detachment
from the step are considered. The Reynolds-averaged Navier–Stokes equations
are used which are added with the
k
−
ω
,
k
−
ε
, and Spalart–Allmaras turbulence
models in different variants of computation. The computed fields of gas-dynamical
parameters in the stepwise duct are presented. The computed and experimental
pressure distributions on the wall and the heat transfer coefficient behind the step
are compared. The spatial correlation of the obtained fields of velocity, surface
pressure and friction, as well as the heat transfer coefficient in the region of initial
and reattachment of the boundary layer is analyzed.
Keywords
:
gas-dynamics, heat transfer, supersonic flow, boundary layer, turbulence,
separated flow, shock.
66
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2014. № 1
