Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

Прикладная математика и вопросы управления. 2023, № 1

 

Савин М.А., Плотников А.И., Ошивалов М.А. «Обзор моделей турбулентности, используемых в газодинамических, тепловых и прочностных расчетах турбин газотурбинного двигателя» Прикладная математика и вопросы управления, № 1, с. 26-47 (2023)

Анализ газодинамических, тепловых и аэроупругих (в том числе вибрационных) процессов, протекающих в ступени газовой турбины, играет основную роль при разработке и проектировании турбин и всего газотурбинного двигателя в целом. Приводится обзор основных проблем, решаемых для газовых турбин и требующих численного анализа течения потока. Показаны особенности, возникающие при течении газа в межлопаточном канале турбины газотурбинного двигателя, а также общая структура гидродинамических пограничных слоев и вихрей, зарождающихся вдоль спинки и корыта лопатки турбины. Осуществлен обзор классификации моделей турбулентности, а также анализ практического применения этих моделей для решения научных и прикладных задач, указанных выше. Дается общая классификация (с акцентом на авиационную отрасль) и краткое описание каждой модели турбулентности с областью ее применения (для развитого течения, для пограничных слоев и т.д.). Приводится система уравнений для URANS-моделей с описанием гипотез построения моделей Спаларта–Аллмареса, κ–e, κ–w, SST Ментера, SST Gamma-ReTheta. Для моделей LES, DES, DNS дается лишь их описание с достоинствами и недостатками. Анализ работ, включающих использование тех или иных моделей турбулентности, проводится для трех основных проблем: аэродинамики, охлаждения (задачи теплообмена) и прочности (аэроупругость, вибрационная стойкость, расчеты на мгновенную и усталостную прочность). Приведены наиболее часто применяемые модели турбулентности, указаны причины использования, допущения, изменения в моделях (если такие имели место), а также даны оценки качеству и точности решения как между моделями турбулентности, так и между программными комплексами, в которых производились расчеты. Оценки строились на основании выводов авторов, чьи публикации изучены для обзора, а также на основании опубликованных ими численных и графических результатов исследований. Краткий сравнительный анализ вычислительных пакетов сделан на основании документации пакетов и результатов открытых публикаций, авторы которых занимались численными исследованиями в этой области. Результаты обзора сформулированы в основных выводах.

Прикладная математика и вопросы управления, № 1, с. 26-47 (2023) | Рубрика: 14.04