Верификация моделей турбулентности при анализе структуры турбулентного пограничного слоя около прямоугольного выступа на пластине

Проведена верификация двухпараметрических диссипативных моделей турбулентности и многопараметрической модели рейнольдсовых напряжений, реализованных в пакете ANSYS FLUENT с включением UDF (user defined function), для расчета плоского отрывного турбулентного течения около прямоугольного выступа на пластине. Выполнено сравнение численных прогнозов с экспериментально полученными профилями скорости и турбулентными характеристиками. Выявлено, что низкорейнольдсовая нелинейная (k--ε)-модель (LRN-LCL) и многопараметрическая модель рейнольдсовых напряжений (LRN-GL) более точно предсказывают поле средней скорости и анизотропию турбулентности до и после выступа

Работа выполнена при частичной поддержке Минобрнауки России (госзадание № 13.5521.2017/БЧ)

Литература

[1] Afanasyev V.N., Chudnovsky Ya.P., Leontiev A.I., Roganov P.S. Turbulent flow friction and heat transfer characteristics for spherical cavities on a flat plate // Exp. Therm. Fluid Sci. 1993. Vol. 7. No. 1. P. 1–8. DOI: 10.1016/0894-1777(93)90075-T

[2] Афанасьев В.Н., Трифонов В.Л., Гетя С.И., Кон Дехай. Выступ в турбулентном пограничном слое // Машиностроение и компьютерные технологии. 2017. № 10. C. 13–35. DOI: 10.24108/1017.0001312

[3] Afanasiev V.N., Kong Dehai. Rectangular ribs in turbulent boundary layer on the initially smooth surface // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 891. Р. 012140. DOI: 10.1088/1742-6596/891/1/012140

[4] Smulsky Ya.I., Terekhov V.I., Yarygina N.I. Heat transfer in turbulent separated flow behind a rib on the surface of square channel at different orientation angles relative to flow direction // Int. J. Heat Mass Transfer. 2012. Vol. 55. No. 4. P. 726–733. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.10.037

[5] Leschziner M.A., Drikakis D. Turbulence modelling and turbulent flow computation in aeronautics // The Aeronautical Journal. 2002. Vol. 106. No. 1061. P. 349–384. DOI: 10.1017/S0001924000092137

[6] Kato M., Launder B.E. The modeling of turbulent flow around stationary and vibrating square cylinder // Ninth Symposium on turbulent shear flows. Kyoto. 1993. Vol. 10-4. 6 р.

[7] Shih T.H., Liou W.W., Shabbir A., Yang Z., Zhu J. A new k–e eddy viscosity model for high Reynolds number turbulent flows — model development and validation // Comput. Fluids. 1995. Vol. 24. No. 3. P. 227–238. DOI: 10.1016/0045-7930(94)00032-T

[8] Abe K., Kondoh T., Nagano N. A new turbulence model for predicting fluid flow and heat transfer in separating and reattaching flow I: flow field calculation // Int. J. Heat Mass Transfer. 1994. Vol. 37. No. 1. P. 139–151. DOI: 10.1016/0017-9310(94)90168-6

[9] Durbin P.A. Separated flow computations with the k––v2 model // AIAA J. 1995. Vol. 33. No. 4. P. 659–664. DOI: 10.2514/3.12628

[10] Davidson L., Nielsen P.V., Sveningsson A. Modifications of the v2–f model for computing the flow in a 3D wall jet // Proc. Int. Symp. Turbulence, Heat Mass Transfer. 2003. Vol. 4. P. 577–584.

[11] Леонтьев А.И., Шишов Е.В., Захаров А.Ю. Модель переноса теплоты и импульса в отрывном турбулентном течении за обратным уступом // ДАН. Сер. Механика. 1995. T. 341. № 3. P. 341–345.

[12] Fluent 17.2 theory guide. ANSYS Fluent Inc., 2016.

[13] Белов И.А., Исаев С.А., Коробков В.А. Задачи и методы расчета отрывных течений несжимаемой жидкости. Л.: Судостроение, 1989. 256 с.

[14] Ehrhard J., Moussiopoulous N. On a new nonlinear turbulence model for simulating flows around building shaped structures // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2000. Vol. 88. No. 1. P. 91–99. DOI: 10.1016/S0167-6105(00)00026-X

[15] Shih T.H., Zhu J., Lumley J.L. A realizable Reynolds stress algebraic equation model. NASA-TM-105993. NASA, 1993. 38 p.

[16] Rhee G.H., Sung H.J. A nonlinear low-Reynolds number heat transfer model for turbulent separated and reattaching flows // Int. J. Heat Mass Transfer. 2000. Vol. 43. No. 8. P. 1439–1448. DOI: 10.1016/S0017-9310(99)00223-9

[17] Craft T.J., Launder B.E., Suga K. Development and application of a cubic eddy-viscosity model of turbulence // Int. J. Heat Fluid Flow. 1996. Vol. 17. No. 2. P. 108–115. DOI: 10.1016/0142-727X(95)00079-6

[18] Lien F.S., Chen W.L., Leschziner M.A. Low Reynolds-number eddy-viscosity modeling based on non-linear stress-strain/vorticity relations // Engineering turbulence modelling and experiments. Elsevier Science. 1996. Vol. 3. P. 91–100.

[19] Gibson M.M., Launder B.E. Ground effects on pressure fluctuations in the atmospheric boundary layer // Journal of Fluid Mechanics. 1978. Vol. 86. No. 03. P. 491–511. DOI: 10.1017/S0022112078001251

[20] Launder B.E., Shima N. Second-moment closure for the near-wall sublayer-development and application // AIAA J. 1989. Vol. 27. No. 10. P. 1319–1325. DOI: 10.2514/3.10267