Аннотации:
Представленные в статье исследования относятся к области аэродинамики летательных аппаратов, они направлены на улучшение точности моделирования отрывных течений с использованием RANS-модели турбулентности. Для проведения исследований использован метод математического моделирования с применением пакета прикладных программ вычислительной гидрогазодинамики. По результатам численного моделирования проведена оценка влияния уменьшения константы a₁ RANS-модели турбулентности (k-ω SST Ментера) на параметры обтекания авиационного профиля NACA 0012. Исследуемое течение принято несжимаемым, трехмерным, число Рейнольдса Re = 3.106, диапазон исследуемых углов атаки α = 0…15°. Использована гексагональная сеточная модель, пограничный слой выполнен из условия ограничения безразмерного расстояния до стенки Y+ < 3. Для контроля качества сеточной модели подтверждена независимость решения от размерности сетки: исследована сходимость действующей на профиль подъемной силы при систематическом уменьшении размера элемента. Валидация течения в пограничном слое проведена посредством сравнения расчетного безразмерного профиля скорости с эмпирической «функцией стенки». Для оценки влияния значения константы a₁ на параметры обтекания проведено сравнение распределения коэффициента давления по поверхности профиля для различных значений a₁. Для значения угла атаки α = 15° дополнительно представлены результаты моделирования с использованием модели турбулентности DES (LES/ k-ω SST Ментера), полученные с использованием суперкомпьютера «Торнадо», ЮУрГУ. Полученные результаты подтвердили улучшение результатов моделирования при уменьшении значения коэффициента a₁ на 30 % для углов атаки не более α = 15°, что не согласуется с результатами, представленными ранее в публикациях других авторов, прогнозирующих улучшение результатов до α = 30°. Увеличение значения коэффициента a₁ на 30 % при α = 15° улучшает результаты моделирования незначительно.The studies presented in the article relate to the field of aircraft aerodynamics, they are aimed at improving the accuracy of separation flows modeling with using the RANS turbulence model. To conduct the research, the method of mathematical modeling was used with using a package of computational fluid dynamics application programs. Based on the results of numerical modeling, the effect of reducing the constant a₁ the RANS turbulence model (k-ω SST of the Mentor) on the parameters of the flow around the airfoil NACA 0012 was estimated. The investigated flow is assumed to be incompressible, three-dimensional, the Reynolds number Re = 3.106, the range of the studied angles of attack α = 0…15°. In study used hexagonal grid model, the boundary layer is made from the condition of limiting the dimensionless distance to the wall Y+ < 3.
To control the quality of the grid model, the independence of the solution from the dimension of the grid was confirmed: the convergence of the lifting force acting on the profile with a systematic decrease in the size of the element was investigated. Validation of the flow in the boundary layer was carried out by comparing the calculated dimensionless velocity profile with the empirical “wall function”. To assess the influence of the value of the constant a₁ on the flow parameters, a comparison of the distribution of the pressure coefficient over the profile surface for different values of a₁ was carried out.
For the value of the angle of attack α = 15°, the simulation results using the DES (LES/ Menter’s k-ω SST) turbulence model obtained using the Tornado supercomputer, SUSU are presented. The obtained results confirmed the improvement of the simulation results with a decrease in the value of the a₁ coefficient by 30% in the angle range of no more than α = 15°. This does not agree with the results presented earlier in the publications of other authors predicting an improvement in results to α = 30°. Increasing the value of the a₁ coefficient by 30% at α = 15° improves the simulation results slightly.
Описание:
Визняк Евгений Анатольевич, аспирант, кафедра «Летательные аппараты», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, viznyak_ea@mail.ru.
Терехин Александр Александрович, кандидат технических наук, доцент, кафедра «Летательные аппараты», Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, Aleksandr.Terekhin@gmail.com.
E.A. Viznyak, viznyak_ea@mail.ru А.А. Terekhin, Aleksandr.Terekhin@gmail.com
South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation