Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://hit-conf.imec.msu.ru/2012/abstracts/IvanovMF.doc Дата изменения: Sun Jun 14 09:32:04 2015 Дата индексирования: Sat Apr 9 23:34:26 2016 Кодировка: koi8-r

Прямое численное моделирование развития гидродинамических возмущений,
вызванного движением поршня, в двух- и трехмерной геометрии


М.Ф. Иванов, Е.Н. Иванов, А.Д. Киверин


Объединенный Институт Высоких Температур РАН, Москва


При проектировании камер сгорания двигателей и других тепловых
установок, рабочий цикл которых основан на сжигании газообразных горючих,
необходима достоверная информация о протекающих в камере сгорания
динамических процессах. Одним из определяющих эти процессы факторов
является характер нестационарных гидродинамических течений, формируемых в
объеме камеры сгорания. Современные экспериментальные методы и методы
численного моделирования позволяют с высокой степенью точности исследовать
крупномасштабные течения. В то же время анализ динамики малых возмущений
на фоне основного потока остается мало исследованной задачей. В свою
очередь известно, что малые возмущения потока могут оказывать существенное
влияние на развитие процесса в целом, в частности влиять на кинетику
сжигания газообразного горючего топлива и генерацию вредных примесей.
Основными разрабатываемыми в последние годы подходами к численному
моделированию газодинамических течений с учетом эволюции течений на малых
масштабах являются компьютерные модели на базе уравнений гидродинамики,
дополненные подсеточными моделями турбулентности (однопараметрические,
двухпараметрические и модели LES). В этом случае на неразрешимых в расчетах
масштабах течения моделируются в предположении о достижении однородной
изотропной турбулентности. С другой стороны развитие микромасштабных
течений может развиваться по законам, отличным от законов развития
однородной изотропной турбулентности, что влечет за собой искажение решения
задачи.
В настоящей работе методами прямого численного моделирования
исследована эволюция газодинамических возмущений в 3-х мерном объеме,
ограниченном жесткими стенками с граничным условием прилипания. Показано,
что изначально случайное поле скоростей малой амплитуды перестраивается в
регулярную структуру, радиусы корреляции которой сравнимы с линейными
размерами ограничивающего объема. При этом в трехмерной постановке
наблюдается выделение одного из направлений, вдоль которого выстраивается
структура конического вихря, "опоясанного" поперечным торообразным
течением. Выбор направления определяется случайными начальными возмущениями
и, соответственно является случайным. В этой ситуации целесообразно
говорить об осесимметричном поведении течения, описанного в работах
Batchelor'а и Chandrasekhar'а [1, 2]. Анализ, использующий приближения
"осесимметричной турбулентности", был применен Peters'ом в работе [3] по
экспериментальному исследованию течений в камере сгорания. Проведенное в
настоящей работе компьютерное моделирование этого эксперимента в
осесимметричной постановке с использованием методики осреднения по ансамблю
результатов вычислительных экспериментов дало хорошее совпадение с данными
лабораторных экспериментов Peters'а по немонотонному росту корреляционных
связей при сжатии смеси под поршнем. При этом формирование устойчивых
микромасштабных структур на фоне основного потока проходило по "каскадному"
сценарию от малых вихрей, рожденных из случайно возмущенного потока, к
вихрям с радиусами, сопоставимыми с размерами камеры сгорания. Полученные
результаты указывают на то, что статистические корреляционные
характеристики отклонений скоростей от средних значений удается
воспроизвести исходя только из основных уравнений газодинамики вязкой
сжимаемой среды без введения дополнительных моделей турбулентности. При
этом эволюция возмущений происходит по сценарию развития осесимметричной
модели турбулентности.

ЛИТЕРАТУРА.

1. G.K. Batchelor, The theory of axisymmetric turbulence. Proc. Roy. Soc.
A., 1946, 186, 480-502.
2. S. Chandrasekhar, The theory of axisymmetric turbulence. Phil. Trans.
Roy. Soc. A., 1950, 242, 557-577.
3. S. Breuer, M. Oberlack, N. Peters, Non-isotropic length scales during
the compression stroke of a motored piston engine. Flow, Turbulence and
Combustion, 2005, 74, 145-167.