Численное изучение влияния начальных турбулентных параметров на переходный режим над плоским крылом
Аннотация
Эксплуатационные характеристики аэродинамического профиля сильно зависят от развития пограничного слоя на поверхности, и поэтому точный прогноз начала ламинарного перехода к турбулентному имеет важное значение. Проводится исследование сеточной сходимости, начальные значения турбулентных параметров меняются таким образом, чтобы охватить весь диапазон допустимых значений. Влияние параметров турбулентности в дальнем потоке на структуру турбулентного пограничного слоя и на характеристики зоны ламинарно-турбулентного перехода при умеренном числе Рейнольдса было изучено во всем диапазоне углов атаки NACA0012. Численные результаты были проанализированы и обнаружено, что переменные турбулентности в дальнем потоке оказывают существенное влияние на характеристики перехода, их влияние на изменение коэффициента трения ограничивается областью крыла, где происходит переход. При увеличении интенсивности турбулентности или коэффициента вихревой вязкости на дальней границе сдвигается начало перехода к передней кромке и увеличивается его длина.
Об авторах
Никита Владимирович Тряскин
Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
Россия
кандидат технических наук, доцент кафедры гидроаэромеханики и морской акустики
Россия
кандидат технических наук, доцент кафедры гидроаэромеханики и морской акустики
Рами Али
Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
Россия
аспирант кафедры гидроаэромеханики и морской акустики
Россия
аспирант кафедры гидроаэромеханики и морской акустики
Список литературы
1. Rui Miguel Alves Lopes. Calculation of the flow around hydrofoils at moderate Reynolds numbers. Master thesis. Instituto Superior Tecnico, Lisboa, Portugal, 2015.
2. Robert Edward Mayle. The Role of Laminar-Turbulent Transition in Gas Turbine Engines. ASME Journal of Turbomachinery, vol. 113, no. 4, 1991, pp. 509-537.
3. Emmons H.W. The laminar-turbulent transition in a boundary layer. Part I. Journal of the Aeronautical Sciences, vol. 18, 1951, pp. 490-498.
4. Robin Blair Langtry. A correlation-based transition model using local variables for unstructured parallelized CFD codes. PhD Thesis, Universität Stuttgart, Fakultät Maschinenbau, 2006.
5. F.R. Menter, R.B. Langtry, S.R. Likki, Y.B. Suzen, P.G. Huang, S. Völker. A Correlation-Based Transition Model Using Local Variables – Part I: Model Formulation. ASME Journal of Turbomachinery, vol. 128, no. 3, 2006, pp. 413-422.
6. Ö.S. Özçakmak, H.A. Madsen, N.N. Sørensen, J.N. Sørensen, Andreas Fischer, C. Bak. Inflow Turbulence and Leading Edge Roughness Effects on Laminar-Turbulent Transition on NACA 63-418 Airfoil. Journal of Physics: Conference Series, vol. 1037, issue 2, 2018, article no. 022005.
7. R.E. Mayle. The Role of Laminar-Turbulent Transition in Gas Turbine Engines. ASME Journal of Turbomachinery, vol. 113, no. 4, 1991, pp. 509-537
8. Butler R.J., Byerley A.R., VanTreuren K., and Baughn J.W. The Effect of Turbulence Intensity and Length scale on Low-pressure Turbine Blade Aerodynamics. International Journal of Heat and Fluid Flow, vol. 22, issue 2, 2001, pp. 123-133.
9. Mueller T.J., Pohlen L.J. The Influence of Free-Stream Disturbances on Low Reynolds Number Airfoil Experiments. Experiments in Fluids, vol. 1, issue 1, 1983, pp 3–14.
10. Hoffmann J.A. Effects of Freestream Turbulence on the Performance Characteristics of an Airfoil. AIAA Journal, vol. 29, no. 9, 1991, pp. 1353-1354.
11. Huang R.F. and Lee H.W. Effects of Freestream Turbulence on Wing-Surface Flow and Aerodynamic Performance. Journal of Aircraft, vol. 36, no. 6, 1999, pp. 965-972.
12. Shao-wu Li, Shu Wang, Jian-ping Wang, Jian-chun Mi. Effect of turbulence intensity on airfoil flow: Numerical simulations and experimental measurements. Applied Mathematics and Mechanics, vol. 32, 2011, pp. 1029-1038.
13. Cao Ning. Effects of turbulence intensity and integral length scale on an asymmetric airfoil at low Reynolds numbers. Master Thesis. University of Windsor, Canada, 2010.
14. Sheldahl R.E. and Klimas P.C. Aerodynamic characteristics of seven symmetrical airfoil sections through 180-degree angle of attack for use in aerodynamic analysis of vertical axis wind turbines. Technical Report, U.S. Department of Energy, Office of Scientific and Technical Information, 1981.
15. Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence model. In Proc. of the Fourth International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer, 2003, pp. 624 – 632.
16. Daniel Lindblad. Implementation and run-time mesh refinement for the k−ω SST DES turbulence model when applied to airfoils. Project work. Chalmers University of Technology, 2014.
17. D.B. Spalding. A single formula for the “law of the wall”. Journal of Applied Mechanics, vol. 28, issue 3, 1961, pp. 455-458.
18. Liu S.N. Implementation of a Complete Wall Function for the Standard k-ε Turbulence Model in OpenFOAM 4.0. Technical report. Chalmers University of Technology, 2016.
19. Fangqing Liu.: A Thorough Description of How Wall Functions are Implemented in OpenFOAM. Technical report. Chalmers University of Technology, 2016.
20. Georgi Kalitzin, Gorazd Medic, Gianluca Iaccarino, Paul Durbin. Near-wall behavior of rans turbulence models and implications for wall functions. Journal of Computational Physics, vol. 204, issue 1, 2005, pp. 265–291.
21. Robert J. Butler, Aaron R. Byerley, Kenneth VanTreuren, James W. Baughn. The effect of turbulence intensity and length scale on low-pressure turbine blade aerodynamics. International Journal of Heat and Fluid Flow, vol. 22, issue 2, 2001, pp. 123-133.
22. Cao Ning. Effects of turbulence intensity and integral length scale on an asymmetric airfoil at low Reynolds numbers. Master thesis. University of Windsor, Canada, 2010.
23. Roache P.J. Perspective: A Method for Uniform Reporting of Grid Refinement Studies. Journal of Fluids Engineering. Journal of Fluids Engineering, vol. 116, no. 3, 1994, pp. 405-413.
24. Roache P.J. Quantification of Uncertainty in Computational Fluid Dynamics. Annual Review of Fluid Mechanics, vol. 29, 1997, pp. 123-160.
25. Ali Rami, Tryaskin N.V. Effects of turbulence variables on transition flow characteristics over NACA0012 airfoil. Marine intellectual technologies. № 3(45), vol. 2, 2019, pp. 39-44 (in Russian) / Али Рами, Тряскин Н.В. Влияние параметров турбулентности на характеристики переходного режима течения при обтекании профиля NACA 0012. Морские интеллектуальные технологии. № 3(45), том 2, 2019 г., стр. 39-44.
26. F. R. Menter, M. Kuntz, and R. Langtry. Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model. In Proc. of the 4th International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer, 2003, pp. 625-632.
Рецензия
Для цитирования:
Тряскин Н.В., Али Р. Численное изучение влияния начальных турбулентных параметров на переходный режим над плоским крылом. Труды Института системного программирования РАН. 2019;31(6):203-214. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2019-31(6)-13
For citation:
Tryaskin N.V., Ali R. Numerical study of effect of the turbulence initial conditions on transition flow over 2D airfoil. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2019;31(6):203-214. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2019-31(6)-13
Послать статью по эл. почте 