Волков В.Ф., Дерунов Е.К. «Математическое моделирование взаимодействия ударных волн при сверхзвуковом полете группы тел» Вычислительные методы и программирование, 6, № 1, с. 88-98 (2005)

Обсуждаются результаты численных исследований пространственных сверхзвуковых течений в возмущенной области совместно обтекаемых двух одинаковых параллельно расположенных тел при числе Маха набегающего потока M=4.03 и нулевом угле атаки. Две одинаковые параллельно расположенные конфигурации представляют собой комбинации конуса с углом полураствора 20° и цилиндра с удлинением, равным 5. Используемая конечноразностная схема второго порядка основана на аппроксимации уравнений Эйлера в интегральной форме. Решение проводилось по маршевой координате в продольном направлении с использованием глобальных итераций. Показано, что с уменьшением расстояния между телами возрастает влияние дифрагируемых ударных волн на распределенные нагрузки по поверхности конфигураций и на их суммарные аэродинамические характеристики. Приведено сопоставление результатов расчета с данными физического эксперимента.

Тарнавский Г.А. «Дистанционное компьютерное моделирование ударно-волновых структур в гиперзвуковых потоках газа: технология облачных вычислений "рабочее место как услуга"» Вычислительные методы и программирование, 11, № 1, с. 1-25 (2010)

Рассмотрен компьютерный инструментарий для математического моделирования ударноволновых структур в высокоскоростном потоке реального газа на входе в диффузор гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Вычислительный процесс организован с использованием облачных технологий "Программное обеспечение, инфраструктура и рабочее место как услуга".

Бендерский Л.А., Любимов Д.А. «Математическое моделирование турбулентных струйных течений с помощью RANS/ILES-метода высокого разрешения» Авиационные двигатели, № 2, с. 5-12 (2022)

Приведены результаты исследований струйных течений при дозвуковой и сверхзвуковой скорости истечения струи. Рассмотрено влияние режимных параметров (температуры и перепада давления) на характеристики струи. Расширение дозвуковой струи исследовано в том числе при наличии шевронов и спутного потока. Сверхзвуковые струи рассмотрены в постановках с прямоугольным соплом и осесимметричным биконическим соплом с аэродромом. Численные исследования проведены с помощью RANS/ILES-метода высокого разрешения. Ключевые слова: RANS/ILES-метод, турбулентные струйные течения

Хвалин А.Л. «Моделирование турбулентного режима течения газа» Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика, 22, № 4, с. 320-327 (2022)

Проанализированы физические процессы, происходящие в турбулентном потоке. В поперечном сечении трубопровода выделены характерные области: ядро турбулентного потока и ламинарный пристеночный слой. Для моделирования распределения скорости в ядре потока использован степенной закон, в пристеночной области – линейный закон изменения модуля вектора скорости. Показатель степени определяется в зависимости от значения числа Рейнольдса, алгоритм приведен. Использованный подход не требует значительных вычислительных затрат в отличие от ряда известных сеточных методов на основе системы дифференциальных уравнений Навье–Стокса. На основе анализа физических процессов предложен способ математического моделирования турбулентного режима течения газа в круглой трубе в виде достаточно простых инженерных формул. Геометрический вид трехмерного годографа скорости представляет собой комбинацию из круглого усеченного конуса и фигуры вращения, образованной на основе степенной функции. Определена граница пристеночной области на основе числа Рейнольдса, получена инженерная формула. Приведены результаты расчетов, в графическом виде представлены двумерные профили скорости для ряда значений скоростей. Анализ результатов позволяет определить границы применимости модели. Так, при различиях значений модулей скорости на оси трубопровода и вблизи стенки более 20%, т.е. при числах Рейнольдса ниже 8000, годограф скорости претерпевает излом в верхушечной области. Графический вид годографа скорости приближается к параболическому, что соответствует ламинарному режиму течения газа и описывается законом Пуазейля.

Волков К.Н., Емельянов В.Н., Карпенко А.Г., Чернышов П.С. «Расчет акустических характеристик течения вязкого сжимаемого газа около кругового цилиндра» Инженерно-физический журнал, 95, № 5, с. 1257-1265 (2022)

Рассмотрена генерация шума течением вязкого сжимаемого газа относительно кругового цилиндра в результате формирования в нем вихрей и их отрыва от поверхности цилиндра. Выполнены расчеты поля такого течения с использованием метода моделирования крупных вихрей и его акустических характеристик с использованием метода акустической аналогии, основанного на решении уравнения Фокса Вильямса–Хоукингса. На основе данных прямого численного моделирования исследованы режимы обтекания цилиндра при различных числах Рейнольдса. Проведено сравнение результатов расчетов акустических характеристик течения газа относительно цилиндра в рамках двух- и трехмерных подходов к решению уравнения Фокса Вильямса–Хоукингса. Получено хорошее согласие между расчетными газодинамическими и акустическими характеристиками течения с соответствующими экспериментальными и расчетными данными, имеющимися в литературе. Ключевые слова: аэроакустика, вычислительная газовая динамика, цилиндр, шум, отрыв течения, вихрь, диаграмма направленности

Копьев В.Ф., Чернышев С.А. «Анализ вторичного звукового излучения в акустической аналогии с оператором распространения, содержащим вихревые моды» Акустический журнал, 68, № 6, с. 647-669 (2022)

Анализируется метод акустической аналогии применительно к звуковому излучению турбулентной дозвуковой струи. Этот метод описания процесса аэродинамической генерации звука турбулентными потоками основан на использовании линейного оператора распространения со случайным источником в правой части. Главной проблемой при таком подходе является выбор эффективного способа разделения левой части уравнения, отвечающей за распространение звуковых волн, и правой нелинейной части, отвечающей за генерацию звука, так, чтобы результат расчета шума соответствовал экспериментальным данным и физическим представлениям о процессе генерации шума турбулентностью. Одной из нерешенных проблем описанного подхода, проявляющейся в большинстве акустических аналогий, является проблема так называемого сдвигового шума струи, связанного с возбуждением источниками вихревых возмущений сдвигового потока и дополнительным вкладом этих возмущений в звуковое излучение. До сих пор остается неясным, является ли сдвиговая компонента шума отражением реальных физических процессов или она связана с преобразованием уравнений и неточным моделированием источников в методе акустической аналогии. В настоящей работе в рамках сформулированной выше проблемы рассматривается акустическая аналогия, в которой в качестве оператора распространения используются линеаризованные уравнения Эйлера. При таком описании оператор распространения содержит вихревые моды, что приводит к появлению сдвиговой компоненты шума, которая возникает из-за накачки вихревых возмущений источниками в правой части. При моделировании звуковых источников используются гипотезы о квадрупольном характере излучения, изотропности источников звука, а также пространственной некоррелированности процесса рождения звуковых источников. Для валидации модели используются данные измерений звукового излучения струи по методу азимутальной декомпозиции. Проведенное в работе сравнение модели и эксперимента указывает на отсутствие сдвиговой компоненты в шуме струи. Это позволяет сделать вывод о том, что используемое в рассматриваемой акустической аналогии представление о накачке линейных вихревых возмущений среднего течения нелинейными турбулентными пульсациями не соответствует реальному механизму генерации шума турбулентной струей. Анализируются возможные причины выявленного несоответствия модели звукового излучения струи данным акустических измерений в части сдвиговой компоненты шума. Рассматриваются возможные способы решения этой проблемы, позволяющие эффективно разделять левую часть уравнения, отвечающую за распространение звуковых волн, и правую нелинейную часть, отвечающую за генерацию звука.

Кудашев Е.Б., Яблоник Л.Р. «Модели и методы скалярной волновой фильтрации полей пристеночных турбулентных пульсаций давления» Акустический журнал, 68, № 6, с. 670-678 (2022)

Введено понятие скалярного частотно-волнового спектра турбулентных пристеночных давлений и исследованы его основные особенности. Скалярный частотно-волновой спектр, представляющий суммарную энергию всех волновых компонент поля турбулентных давлений с заданным модулем волнового вектора, содержит в концентрированном виде информацию, требуемую при решении многих задач аэрогидродинамической акустики. Показано, что контурные фильтры позволяют проводить оценки частотно-волнового спектра в области малых волновых чисел. Несмотря на трудность практической реализации скалярной волновой фильтрации полей пристеночных турбулентных пульсаций давления в настоящее время построение контурных фильтров представляется перспективным направлением исследований. Предложенные методы и полученные в работе результаты показывают, что широкополосная скалярная волновая фильтрация поля турбулентных пристеночных давлений может осуществляться на базе использования конечноразмерных приближений “идеального” скалярного волнового фильтра с единичной волновой чувствительностью в заданном диапазоне волновых чисел и нулевой чувствительностью вне этого диапазона.