The 33 reference contexts in paper D. Lyubimov A., I. Potekhina V., Д. Любимов А., И. Потехина В. (2016) “Численное исследование управления с помощью синтетических струй отрывными течениями в переходных межтурбинных диффузора // Numerical Study of Separated Flows Control in the Intermediate Turbine Diffusers via Synthetic Jets” / spz:neicon:technomag:y:2015:i:1:p:68-86

  1. Start
    1740
    Prefix
    слова: межтурбинный диффузор, S-образный диффузор, турбулентный отрыв потока, синтетические струи, RANS/ILES-метод, активное управление течением Введение Для современных авиационных турбореактивных двигателей (ТРД) характерна тенденция к компактности отдельных их элементов. В частности, это относится к переходным диффузорным каналам между ступенями турбины. В
    Exact
    [1]
    Suffix
    отмечается, что важным направлением является повышение эффективности и сокращение размеров переходных диффузорных каналов между элементами ТРД, например, между ступенями компрессора или турбины.
    (check this in PDF content)

  2. Start
    2314
    Prefix
    Повышение «агрессивности» диффузоров, т.е. сокращение длины при сохранении радиальных размеров и отношения площадей входного и выходного сечений, приводит к возникновению отрывных зон и обусловленному их наличием ухудшению характеристик диффузоров.Типичные примеры отрывных течений в различных переходных межтурбинных каналах представлены в обзоре
    Exact
    [2]
    Suffix
    , там же рассмотрены возможные способы воздействия на отрывные течения: активные и пассивные. К пассивным методам относятся генераторы вихрей, которые устанавливаются на стенках канала перед отрывной зоной [3].
    (check this in PDF content)

  3. Start
    2576
    Prefix
    зон и обусловленному их наличием ухудшению характеристик диффузоров.Типичные примеры отрывных течений в различных переходных межтурбинных каналах представлены в обзоре [2], там же рассмотрены возможные способы воздействия на отрывные течения: активные и пассивные. К пассивным методам относятся генераторы вихрей, которые устанавливаются на стенках канала перед отрывной зоной
    Exact
    [3]
    Suffix
    . Однако они всегда оказывают воздействие на поток вне зависимости от того, есть ли в этом необходимость, их эффективность сложно регулировать. Более перспективным является активное газодинамическое управление потоком.
    (check this in PDF content)

  4. Start
    2845
    Prefix
    Однако они всегда оказывают воздействие на поток вне зависимости от того, есть ли в этом необходимость, их эффективность сложно регулировать. Более перспективным является активное газодинамическое управление потоком. Обычно это – вдув или отсос газа из диффузора
    Exact
    [4,5]
    Suffix
    . Однако в этом случае требуется рабочее тело, устройство для подвода энергии к нему, магистрали для подачи рабочего тела в зону отрыва для систем с выдувом в пограничный слой. Для систем с отсосом – устройство для создания пониженного давления, магистраль для отвода воздуха и система его выброса.
    (check this in PDF content)

  5. Start
    3241
    Prefix
    Для систем с отсосом – устройство для создания пониженного давления, магистраль для отвода воздуха и система его выброса. Этих недостатков лишены устройства с нулевым суммарным массовым расходом рабочего тела
    Exact
    [6]
    Suffix
    . Возникающие при работе таких устройств струи обычно называются «синтетическими». В этом случае работа системы активного управления сводится к чередующимся тактам выдува газа из замкнутой полости за счет изменения ее объема с последующим затем всасыванием низкоэнергетического потока из диффузора.
    (check this in PDF content)

  6. Start
    4377
    Prefix
    Это стимулировало использование численного исследования отрывных турбулентных течений и средств активного управления ими. Для этой цели предпочтительнее применять методы прямого численного моделирования
    Exact
    [7,8]
    Suffix
    . Это вызвано тем, что точность описания отрывных течений выше с помощью методов прямого численного моделирования, чем при использовании методов, основанных на решении нестационарных осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса (URANS) с моделями турбулентности [9,10].
    (check this in PDF content)

  7. Start
    4670
    Prefix
    Это вызвано тем, что точность описания отрывных течений выше с помощью методов прямого численного моделирования, чем при использовании методов, основанных на решении нестационарных осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса (URANS) с моделями турбулентности
    Exact
    [9,10]
    Suffix
    . Кроме того, использование различных вариантов методов прямого численного моделирования (DNS, LES, RANS/LES) позволяет получить характеристики турбулентности, в частности, пульсации параметров течения, что важно для практических приложений.
    (check this in PDF content)

  8. Start
    4980
    Prefix
    Кроме того, использование различных вариантов методов прямого численного моделирования (DNS, LES, RANS/LES) позволяет получить характеристики турбулентности, в частности, пульсации параметров течения, что важно для практических приложений. Так, для расчета отрывных турбулентных течений в работе
    Exact
    [7]
    Suffix
    применялся метод LES, различные варианты RANS/LES-методов использовались в [11,12]. В настоящем исследовании используется RANS/ILES-метод высокого разрешения [13]. Под ILES подразумевается LES с неявной SGS-моделью.
    (check this in PDF content)

  9. Start
    5059
    Prefix
    Кроме того, использование различных вариантов методов прямого численного моделирования (DNS, LES, RANS/LES) позволяет получить характеристики турбулентности, в частности, пульсации параметров течения, что важно для практических приложений. Так, для расчета отрывных турбулентных течений в работе [7] применялся метод LES, различные варианты RANS/LES-методов использовались в
    Exact
    [11,12]
    Suffix
    . В настоящем исследовании используется RANS/ILES-метод высокого разрешения [13]. Под ILES подразумевается LES с неявной SGS-моделью. Данный метод успешно применялся для расчета отрывных течений в диффузорах [1,14], при исследовании синтетических струй [15,16] и объединенном расчетно-экспериментальном исследовании влияния синтетических струй на течение в прямоугольном
    (check this in PDF content)

  10. Start
    5141
    Prefix
    Так, для расчета отрывных турбулентных течений в работе [7] применялся метод LES, различные варианты RANS/LES-методов использовались в [11,12]. В настоящем исследовании используется RANS/ILES-метод высокого разрешения
    Exact
    [13]
    Suffix
    . Под ILES подразумевается LES с неявной SGS-моделью. Данный метод успешно применялся для расчета отрывных течений в диффузорах [1,14], при исследовании синтетических струй [15,16] и объединенном расчетно-экспериментальном исследовании влияния синтетических струй на течение в прямоугольном диффузоре [17].
    (check this in PDF content)

  11. Start
    5280
    Prefix
    В настоящем исследовании используется RANS/ILES-метод высокого разрешения [13]. Под ILES подразумевается LES с неявной SGS-моделью. Данный метод успешно применялся для расчета отрывных течений в диффузорах
    Exact
    [1,14]
    Suffix
    , при исследовании синтетических струй [15,16] и объединенном расчетно-экспериментальном исследовании влияния синтетических струй на течение в прямоугольном диффузоре [17]. При моделировании синтетических струй имеется ряд затруднений: для разрешения течения в полости ГСС нужна мелкая сетка, необходимо численно описать подвижную стенку (мембрану).
    (check this in PDF content)

  12. Start
    5330
    Prefix
    В настоящем исследовании используется RANS/ILES-метод высокого разрешения [13]. Под ILES подразумевается LES с неявной SGS-моделью. Данный метод успешно применялся для расчета отрывных течений в диффузорах [1,14], при исследовании синтетических струй
    Exact
    [15,16]
    Suffix
    и объединенном расчетно-экспериментальном исследовании влияния синтетических струй на течение в прямоугольном диффузоре [17]. При моделировании синтетических струй имеется ряд затруднений: для разрешения течения в полости ГСС нужна мелкая сетка, необходимо численно описать подвижную стенку (мембрану).
    (check this in PDF content)

  13. Start
    5467
    Prefix
    Данный метод успешно применялся для расчета отрывных течений в диффузорах [1,14], при исследовании синтетических струй [15,16] и объединенном расчетно-экспериментальном исследовании влияния синтетических струй на течение в прямоугольном диффузоре
    Exact
    [17]
    Suffix
    . При моделировании синтетических струй имеется ряд затруднений: для разрешения течения в полости ГСС нужна мелкая сетка, необходимо численно описать подвижную стенку (мембрану). К тому же, форма ГСС и каналов для выхода синтетических струй задается приближенно.
    (check this in PDF content)

  14. Start
    6047
    Prefix
    Это связано с тем, что реальная геометрия ГСС определяется конкретной геометрией диффузора и геометрией объекта, для которого он используется. Указанная ситуация стимулирует развитие и использование альтернативных, упрощенных подходов в моделировании ГСС
    Exact
    [18,19]
    Suffix
    . В этом случае расчет течения в ГСС не производится, а на стенке задается модифицированное граничное условие, имитирующее течение на выходе из щелей для выхода синтетических струй. Однако, даже при таком упрощенном подходе требуется мелкая сетка для того, чтобы разрешить с достаточной точностью течение около щелей для выхода синтетических струй.
    (check this in PDF content)

  15. Start
    6637
    Prefix
    Известно, что точность расчетов можно повысить без увеличения числа ячеек расчетной сетки при использовании численных методов высокого разрешения. Целями работы были: исследование с помощью RANS/ILES-метода высокого разрешения
    Exact
    [13]
    Suffix
    отрывных турбулентных течений в кольцевых S-образных межтурбинных диффузорах, исследование влияния геометрии диффузора на характеристики течения и турбулентности в них, оценка эффективности использования синтетических струй для улучшения характеристик исследованных диффузоров. 1.
    (check this in PDF content)

  16. Start
    8904
    Prefix
    На верхней стенке диффузора располагаются две щели для выхода синтетических струй. Форма щелей для выхода синтетических струй определяется механизмом воздействия синтетических струй на пограничный слой. В экспериментальной работе
    Exact
    [20]
    Suffix
    положительный эффект был достигнут при использовании прямоугольных щелей, ориентированных вдоль потока. В работе [21] также показано, что форма и ориентация щелей для выхода синтетических струй в значительной степени определяет их эффективность, а для практических приложений предпочтительнее использовать прямоугольные щели.
    (check this in PDF content)

  17. Start
    9028
    Prefix
    Форма щелей для выхода синтетических струй определяется механизмом воздействия синтетических струй на пограничный слой. В экспериментальной работе [20] положительный эффект был достигнут при использовании прямоугольных щелей, ориентированных вдоль потока. В работе
    Exact
    [21]
    Suffix
    также показано, что форма и ориентация щелей для выхода синтетических струй в значительной степени определяет их эффективность, а для практических приложений предпочтительнее использовать прямоугольные щели.
    (check this in PDF content)

  18. Start
    10108
    Prefix
    Дополнительно это способствует выравниванию распределения параметров в выходном сечении диффузора. При расположении щелей поперек потока вихри в синтетических струях быстро разрушаются вследствие их взаимодействия со сдвиговым течением в пограничном слое
    Exact
    [21]
    Suffix
    . В настоящей работе были выбраны прямоугольные щели размером 20×0.5 мм, расположенные вдоль потока. Количество ячеек на щель составляло 70 и 5 соответственно. 2. Граничные условия Граничные условия совпадали с теми, которые были применены в работе [15] при исследовании влияния синтетических струй на отрывное турбулентное течение в прямоугольном диффузоре.
    (check this in PDF content)

  19. Start
    10365
    Prefix
    В настоящей работе были выбраны прямоугольные щели размером 20×0.5 мм, расположенные вдоль потока. Количество ячеек на щель составляло 70 и 5 соответственно. 2. Граничные условия Граничные условия совпадали с теми, которые были применены в работе
    Exact
    [15]
    Suffix
    при исследовании влияния синтетических струй на отрывное турбулентное течение в прямоугольном диффузоре. На боковых гранях сетки было использовано условие периодичности. На стенках в зависимости от значения Y + параметры определялись на основании «законов стенки» или условия прилипания.
    (check this in PDF content)

  20. Start
    11450
    Prefix
    Постановку граничных условий для синтетических струй следует оговорить особо. В ряде работ, посвященных численному моделированию синтетических струй, расчет течения производился не только в диффузоре, но и в каналах для выхода синтетических струй, а также в ГСС
    Exact
    [7,11,12]
    Suffix
    . С учетом того, что размеры каналов для выхода синтетических струй из ГСС много меньше, чем размеры диффузора, требуются очень детальные сетки для расчета течения в ГСС и в каналах для выхода синтетических струй.
    (check this in PDF content)

  21. Start
    11686
    Prefix
    С учетом того, что размеры каналов для выхода синтетических струй из ГСС много меньше, чем размеры диффузора, требуются очень детальные сетки для расчета течения в ГСС и в каналах для выхода синтетических струй. Однако в работе
    Exact
    [12,18]
    Suffix
    продемонстрировано, что приемлемые результаты по описанию истечения синтетических струй можно получить, если щели для их выдува моделировать с помощью модифицированного граничного условия на стенке диффузора.
    (check this in PDF content)

  22. Start
    11993
    Prefix
    Однако в работе [12,18] продемонстрировано, что приемлемые результаты по описанию истечения синтетических струй можно получить, если щели для их выдува моделировать с помощью модифицированного граничного условия на стенке диффузора. В настоящих расчетах было использовано простейшее граничное условие
    Exact
    [15]
    Suffix
    . При таком подходе на части стенки в месте выдува струй задавалось однородное по площади распределение параметров течения, меняющееся по времени по гармоническому закону. Это позволяет существенно уменьшить вычислительные затраты.
    (check this in PDF content)

  23. Start
    12252
    Prefix
    При таком подходе на части стенки в месте выдува струй задавалось однородное по площади распределение параметров течения, меняющееся по времени по гармоническому закону. Это позволяет существенно уменьшить вычислительные затраты. В работе
    Exact
    [17]
    Suffix
    было продемонстрировано, что такой подход обеспечивает удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными. 3. Метод расчета Уравнения Навье-Стокса, описывающие течения сжимаемого газа, а также уравнение переноса для модели турбулентности были записаны в консервативной форме для криволинейной системы координат, сеточные линии которой совпадали с границами расчетной области и п
    (check this in PDF content)

  24. Start
    13019
    Prefix
    Для аппроксимации конвективных членов в разностных аналогах уравнений Навье-Стокса была использована монотонная схема с разностями против потока. В настоящем методе конвективные потоки на гранях расчетных ячеек вычислялись с помощью варианта схемы Роу, подробно описанной в работе
    Exact
    [13]
    Suffix
    : (1) Здесь , , − векторы конвективных членов уравнений с левой и правой стороны грани ячейки соответственно, − «модуль» матрицы Якоби, – коэффициент, регулирующий уровень схемной вязкости.
    (check this in PDF content)

  25. Start
    13332
    Prefix
    [13]: (1) Здесь , , − векторы конвективных членов уравнений с левой и правой стороны грани ячейки соответственно, − «модуль» матрицы Якоби, – коэффициент, регулирующий уровень схемной вязкости. Параметры и вычислялись на гранях ячеек с помощью монотонной противопоточной схемы 5-го порядка МР5
    Exact
    [22]
    Suffix
    . Дополнительное снижение схемной вязкости достигается уменьшением вклада диффузионной части в выражении (1) с помощью параметра . При выражение (1) соответствует оригинальной схеме Роу.
    (check this in PDF content)

  26. Start
    14102
    Prefix
    С помощью метода ILES течение описывалось только вдали от твердых границ. Около стенок решались нестационарные уравнения Навье-Стокса с моделью турбулентности Спаларта-Аллмараса
    Exact
    [23]
    Suffix
    . Конвективные потоки на гранях расчетных ячеек в разностном аналоге уравнения для модели турбулентности вычислялись с помощью скалярного аналога (1) с , а необходимые для этого параметры и вычислялись с помощью схемы WENO-5 [22].
    (check this in PDF content)

  27. Start
    14331
    Prefix
    Конвективные потоки на гранях расчетных ячеек в разностном аналоге уравнения для модели турбулентности вычислялись с помощью скалярного аналога (1) с , а необходимые для этого параметры и вычислялись с помощью схемы WENO-5
    Exact
    [22]
    Suffix
    . Диффузионные потоки в уравнениях Навье-Стокса и уравнении модели турбулентности вычислялись на гранях ячеек со вторым порядком с помощью центральных разностей. В области ILES модель турбулентности Спаларта-Аллмараса изменяется таким образом, чтобы турбулентная вязкость равнялась нулю.
    (check this in PDF content)

  28. Start
    14771
    Prefix
    В области ILES модель турбулентности Спаларта-Аллмараса изменяется таким образом, чтобы турбулентная вязкость равнялась нулю. Это достигается модификацией расстояния в диссипативном члене в уравнении для модели турбулентности СпалартаАллмараса
    Exact
    [22]
    Suffix
    . Новое расстояние вычислялось по формулам [13]: при (2) при В соотношениях (2) – истинное расстояние от стенки до центра рассматриваемой ячейки, – константа, определяющая переход от зоны RANS к зоне ILES, – максимальный размер этой ячейки сетки.
    (check this in PDF content)

  29. Start
    14818
    Prefix
    В области ILES модель турбулентности Спаларта-Аллмараса изменяется таким образом, чтобы турбулентная вязкость равнялась нулю. Это достигается модификацией расстояния в диссипативном члене в уравнении для модели турбулентности СпалартаАллмараса [22]. Новое расстояние вычислялось по формулам
    Exact
    [13]
    Suffix
    : при (2) при В соотношениях (2) – истинное расстояние от стенки до центра рассматриваемой ячейки, – константа, определяющая переход от зоны RANS к зоне ILES, – максимальный размер этой ячейки сетки.
    (check this in PDF content)

  30. Start
    15129
    Prefix
    Новое расстояние вычислялось по формулам [13]: при (2) при В соотношениях (2) – истинное расстояние от стенки до центра рассматриваемой ячейки, – константа, определяющая переход от зоны RANS к зоне ILES, – максимальный размер этой ячейки сетки. Уравнения интегрировались по времени со вторым порядком точности по неявной схеме
    Exact
    [13]
    Suffix
    . Использование неявной схемы позволяет выбирать шаг по времени с учетом физических ограничений. Был использован так называемый метод «интегрирования по двойному времени» (dual time stepping), описанный в [24].
    (check this in PDF content)

  31. Start
    15344
    Prefix
    Использование неявной схемы позволяет выбирать шаг по времени с учетом физических ограничений. Был использован так называемый метод «интегрирования по двойному времени» (dual time stepping), описанный в
    Exact
    [24]
    Suffix
    . В этом случае на каждом шаге по времени происходит установление по параметру. При этом на каждой итерации система уравнений неразрывности и движения решалась блочным методом ГауссаЗейделя, а затем скалярное уравнение − также с помощью метода Гаусса-Зейделя. 4.
    (check this in PDF content)

  32. Start
    21375
    Prefix
    Следует отметить, что в стандартном диффузоре отрывная зона образуется на некотором расстоянии от входа в диффузор (рис. 4а), а в «агрессивном» диффузоре – сразу за входным сечением (рис. 5а). Опыт предыдущих расчетов влияния синтетических струй на отрывные течения в диффузорах
    Exact
    [7,10]
    Suffix
    показал, что наиболее эффективно располагать синтетические струи после поворота течения, непосредственно у начала отрывной зоны. С учетом этого обстоятельства положение начала щелей для выдува синтетических струй для этих диффузоров было различным.
    (check this in PDF content)

  33. Start
    25841
    Prefix
    Как было замечено выше, наиболее эффективной для «агрессивного» диффузора оказалась частота 175 Гц, поэтому далее рассмотрим воздействие на течение синтетических струй с данной частотой и с умеренной амплитудой q=70м/с. Такая амплитуда легко может быть достигнута в эксперименте и не требует большого подвода энергии
    Exact
    [10]
    Suffix
    . На рис. 8 можно видеть влияние воздействия синтетических струй с амплитудой q=70 м/с и частотой f=175 Гц на уровень потерь полного давления для обоих каналов. Получено, что потери полного давления у стандартного диффузора без синтетических струй и у «агрессивного» диффузора с синтетическими струями близки.
    (check this in PDF content)