Анализ особенностей численного моделирования конвективных тепловых потоков RANS-методами в задачах обтекания элементов конструкции высокоскоростных летательных аппаратов и их двигателей

ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 1

УДК 536.244

DOI: 10.18698/0236-3941-2017-1-98-111

АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙЧИСЛЕННОГОМОДЕЛИРОВАНИЯ КОНВЕК-

ТИВНЫХ ТЕПЛОВЫХПОТОКОВ RANS-МЕТОДАМИ

В ЗАДАЧАХ ОБТЕКАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ

ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

ИИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

А.В. Воронецкий

voron@mx.bmstu.ru

К.Ю. Арефьев

arefyev@rambler.ru

А.А. Гусев

andrew_gusman@mail.ru

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация

Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова,

Москва, Российская Федерация

Аннотация

Ключевые слова

Проанализированы особенности численных методов

моделирования конвективного теплообмена при обте-

кании высокотемпературным идеальным вязким газом

поверхностей различной конфигурации. Рассмотрены

случаи сверхзвукового плоскопараллельного обтекания

пластины, а также дозвукового и трансзвукового тече-

ний газа в осесимметричном канале. Проведен анализ

RANS-методов описания движения газа в рассматрива-

емых задачах. Разработаны рекомендации по выбору

размеров элементарных объемов расчетной сетки для

различных моделей турбулентности. Показано, что при

соблюдении предлагаемых рекомендаций можно до-

стичь удовлетворительной точности определения зна-

чений конвективного теплового потока. Результаты

исследования могут быть использованы при моделиро-

вании теплового состояния элементов конструкции

высокоскоростных летательных аппаратов, силовых

установок, а также энергетических и высокоэнталь-

пийных технологических систем

Математическое моделирование,

конвективный теплообмен, теп-

ловой поток, осесимметричный

канал, пластина, cопло Лаваля,

точность расчета

Поступила в редакцию 13.04.2016

Введение.

Одной из задач при проектировании элементов конструкции лета-

тельных аппаратов (ЛА), силовых установок ЛА, а также энергетических и вы-

сокоэнтальпийных технологических систем является моделирование их тепло-

напряженного состояния. Анализ конвективного теплообмена на разных по-

верхностях элементов конструкции ЛА можно разделить на несколько задач,

которые в большинстве случаев требуют сопряженного решения. К наиболее

распространенным задачам относятся моделирование плоскопараллельного об-

текания пластины сверхзвуковым потоком и расчет течения сжимаемого газа

(трансзвукового и дозвукового) в осесимметричном канале.