Skip to Main content Skip to Navigation
Journal articles

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

Résumé : 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
Complete list of metadata

Cited literature [20 references]  Display  Hide  Download

https://hal.inria.fr/hal-02373910
Contributor : Pascal Bruel <>
Submitted on : Thursday, November 28, 2019 - 11:47:18 AM
Last modification on : Tuesday, February 2, 2021 - 2:54:07 PM
Long-term archiving on: : Saturday, February 29, 2020 - 3:26:07 PM

File

-ТехФиз.pdf
Files produced by the author(s)

Identifiers

Collections

Citation

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, MAIK Nauka/Interperiodica (МАИК Наука/Интерпериодика), 2019, 64 (10), pp.1430-1440. ⟨10.1134/S1063784219100049⟩. ⟨hal-02373910⟩

Share

Metrics

Record views

110

Files downloads

447