Известно, что при натекании на трехмерное препятствие движущегося вдоль гладкой стенки потока происходит локальный, обусловленный возникающим перед препятствием встречным градиентом давления, отрыв пограничного слоя, в результате чего поток разворачивается, и образуется система обтекающих тело трехмерных вихрей. Форма наблюдаемых вихревых структур зависит от числа Рейнольдса и относительной толщины пограничного слоя в подходящем потоке. Интерес к структуре течения, возникающего перед препятствием, обусловлен широким кругом приложений - от опорных конструкций до задач турбиностроения. Укажем, например, что особо важные в практическом отношении особенности теплообмена в области сочленения лопатки и торцевой стенки венца высокотемпературной газовой турбины предопределены тонкой структурой течения в окрестности передней кромки лопатки.
В докладе представлены результаты численного моделирования ламинарного течения в области сочленения кругового цилиндра и плоской пластины. В известной мере эта конфигурация является "канонической", и рассматривалась ранее (в частности, в работах [1,2]), однако предшествующие численные исследования оставили открытыми ряд вопросов физического и расчетно-технологического характера.
Представляемые расчеты трехмерного течения выполнены в рамках модели несжимаемой вязкой жидкости на основе системы нестационарных уравнений Навье-Стокса, при значениях числа Рейнольдса (Re, построенного по диаметру цилиндра), составляющих 500 и 1500. Для расчетов использовался исследовательский программный комплекс SINF, в котором реализован численный метод конечных объемов с дискретизацией второго порядка точности по времени и пространству [3].
В дополнение к детальному анализу топологии развивающегося в области сочленения течения, общая программа трехмерных расчетов включала и анализ последствий возникающих в потоке нестационарностей, как при искусственно симметризированном течении, когда расчет ведется только для половины области, так и для исходной постановки, предопределяющей возможность развития дорожки Кармана в следе за цилиндром. Выполнена также серия методических расчетов для выбора размеров расчетной области. Побочным результатом этой серии явилась совокупность данных, определяющих влияние загромождения на течение в решетке цилиндров, установленных на плоскую пластину.
Расчетные сетки содержали от 300 до 800 тысяч ячеек, со значительным сгущением сеточных линий в области сочленения цилиндра и стенки. Относительная толщина пограничного слоя в подходящем к цилиндру потоке соответствует принятой в работах [1,2]. Для корректного задания распределения скорости во входном сечении расчетной области, расположенном на нескольких калибрах выше по потоку от цилиндра, производился предварительный расчет двумерного пограничного слоя.
В результате расчетов установлено, что для обоих указанных значений числа Рейнольдса решение нестационарно, как в случае искусственно симметризированной постановки (при использовании, однако, достаточно подробных сеток), так и в полной постановке. Вместе с тем, нестационарные явления, отчетливо наблюдаемые в следе за цилиндром, практически не проявляются в области отрыва пограничного слоя перед цилиндром. Показано, что для течения, развивающегося при Re=500, характерна простая топология наблюдаемой вихревой структуры с образованием одного обтекающего цилиндр подковообразного вихря. При Re=1500 топология течения усложняется, проявляются дополнительные опоясывающие препятствие вихри. Качественно эти результаты согласуются с представленными в [1,2], однако количественные расхождения в данных, характеризующих размеры и местоположение центров вихрей, существенны. Причины расхождений могут быть связаны с чувствительностью решения к сетке и размеру расчетной области.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ