Семинар по фундаментальным проблемам аэродинамики в формате видеоконференции ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, ИТПМ СО РАН, СПбПУ, ИМех МГУ

Тема: Прямое численное моделирование ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое с локальным отрывом при числе Маха 5.4

Автор: Андрей Валерьевич Новиков (ЦАГИ) AndrewNovikov@yandex.ru

Проведено прямое численное моделирование распространения 3D возмущений в пристенном течении над 5.5-градусной рампой при числе Маха набегающего потока 5.373 и числе Рейнольдса 17.9 млн/м. Моделирование основано на решении полных уравнений Навье-Стокса для вязкого сжимаемого совершенного газа с помощью универсального неявного метода конечного объёма со сквозным счётом третьего порядка по пространству и второго по времени. Метод реализован в оригинальном пакете программ HSFlow для распределённых вычислений на суперЭВМ. Расчёты выполнялись на сетках 0.5 млрд узлов с задействованием 1500 процессорных ядер.

В невозмущённом ламинарном пограничном слое (базовом) образуется небольшая отрывная зона около угла. Нестационарные возмущения вносились в базовое течение гармоническим низкочастотным воздействием вдув-отсос через отверстие на поверхности вблизи передней кромки. Такой генератор имитирует источник в контролируемом эксперименте и порождает продольно неустойчивое 3D возмущение с широким диапазоном волновых чисел. Показано, что перед отрывной зоной возмущение усиливается на линейном режиме, в отрыве ещё более дестабилизируется, и в присоединённом пограничном слое распадается до «молодого» турбулентного клина. Аналогичное моделирование выполнено также для случая обтекания плоской пластины без излома.

В докладе демонстрируются шпилькообразные структуры на нелинейной стадии ламинарно-турбулентного перехода, теневые картины, пространственные спектры возмущений, распределения трения по поверхности и профили возмущённого пограничного слоя.