Численное моделирование турбулентного течения с отрывом в асимметричном канале на основе гибридной LES/RANS-технологии

Abstract

Турбулентный поток с отрывом в асимметричном расширяющемся канале с уступом, обращенным назад, численно моделируется посредством гибридной LES/RANS-технологии для числа Рейнольдса, равного 34376 для уступа, и для числа Рейнольдса на входе, равного 137504. Крупномасштабное поле течения получается путем прямого интегрирования фильтрованных трехмерных нестационарных уравнений Навье-Стокса для несжимаемой жидкости с пристенной моделью, используя конечно-разностный метод для LES. Маломасштабные движения параметризованы посредством динамической подсеточной модели. Течение вблизи стенок моделируется посредством RANS-технологии с K-e-pij моделью турбулентности. Численное моделирование выполнено для того, чтобы изучить среднюю скорость, кинетическую энергию турбулентности, средний коэффициент давления на стенке, средний коэффициент поверхностного трения и среднюю длину присоединения. Согласование вычисленных профилей средней скорости и турбулентных статистик c экспериментальными данными является хорошим.

Турбулентний потік з відривом в асиметричному каналі, що розширюється та з порогом, зверненим назад, чисельно моделюється за допомогою гібридної LES/RANS-технології для числа Рейнольдса, рівного 34376 для порогу, та для числа Рейнольдса на вході, рівного 137504. Великомасштабне поле течії одержується шляхом прямого інтегрування фільтрованих тривимірних нестаціонарних рівнянь Нав'є-Стокса для нестисливої рідини з пристінковою моделлю, використовуючи кінцево-різницевий метод для LES. Маломасштабні рухи параметризовані за допомогою динамічної підсіткової моделі. Течія біля стінок моделюється за допомогою RANS-технології з K- e-pij моделлю турбулентності. Чисельне моделювання виконано для того, щоб вивчити середню швидкість, кінетичну енергію турбулентності, середній коефіцієнт тиску на стінці, середній коефіцієнт поверхневого тертя та середню довжину приєднання. Узгоджуванність обчисленних профілів середньої швидкості і турбулентних статистик з експериментальними результатами є доброю.

The turbulent flow with separation in assymetric diverging channel with backward-facing step is simulated by hybrid LES/RANS-technique for step Reynolds number of 34376 and inflow half channel Reynolds number of 137504. The large-scale flow field has been obtained by directly integrating the filtered three-dimensional time-dependent incompressible Navier-Stokes equations with wall model using a finite-difference method for LES. The small-scale motions were parametrized by dynamic subgrid-scale model. The flow near the walls is simulated by RANS-technique with K- e-pij turbulence model. The simulation were performed to study the mean velocity, the turbulence kinetic energy, mean wall pressure coefficient, mean wall-skin friction coefficient and mean re-attachment length. There is good agreement between the computer mean-velocity profiles, turbulence statistics and experimental data.