Mathematical modeling of a supersonic twin jet interaction with obstacle
The paper presents the results of the mathematical modeling of a supersonic twin jet interaction with an obstacle for the Mach number of 4.5 specified at the nozzle exit. Mathematical formulation of the problem includes a system of Favre-averaged Navier-Stokes equations and SST turbulence model for a viscous compressible ideal gas. The calculations are carried out using the free software OpenFOAM Extended with the Godunov method employed. The effect of the distance between nozzles on the shock-wave structure of the gas flow and on the force action of the plumes on the obstacle is studied. The distance between the nozzles varied in the range of 0.1-4. It is found that with an increase in the distance from 0.1 to 0.5, the flow structure is significantly rearranged, and two pressure maxima arise, which increase in comparison to the distance of 0.2. A decrease in pressure on the obstacle is observed at the distance over 1.0. For a distance of 4, two pressure maxima occur on the axis of each jet, while the force action of each jet is half as high as the resultant jet force action for a distance of 0.1. The transition from a stationary regime to a self-oscillating one is observed when the distance exceeds the value of 1.5.
Keywords
supersonic twin jet,
multiple plume,
shock wave structure,
mathematical modeling,
Godunov method,
OpenFOAMAuthors
| Kagenov Anuar M. | Tomsk State University | anuar@ftf.tsu.ru |
| Kostyushin Kirill V. | Tomsk State University | kostushin@niipmm.tsu.ru |
| Aligasanova Kristina L. | Tomsk State University | aligasanova@niipmm.tsu.ru |
| Kotonogov Vasiliy A. | Tomsk State University | kot@niipmm.tsu.ru |
Всего: 4
References
Dyadkin A.A., Sukhorukov V.P., Trashkov G.A., Volkov V.F., Zapryagaev V.I., Kiselev N.P. Flow structure in the base region of reentry vehicle with supersonic braking plumes impinging with landing surface // 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences. 7-12 September. St. Petersburg, 2014. Paper no. 2014_0640.
Рудов Ю.М. Многоструйные взаимодействия с преградами // Сверхзвуковые газовые струи: сборник статей. 1983. С. 155-163.
Сизов А.М. Составные сверхзвуковые струи // Сверхзвуковые газовые струи: сб. статей. 1983. С. 85-102.
Сизов А.М. Газодинамика и теплообмен газовых струй в металлургических процессах. М.: Металлургия, 1987. 256 с.
Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В., Третьякова О.Н. Результаты экспериментальных исследований взаимодействия многоблочных сверхзвуковых турбулентных струй с преградой // Электронный журнал «Труды МАИ». 2013. № 69. С. 1-11.
Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В., Третьякова О.Н. Численное моделирование взаимодействия многоблочных сверхзвуковых турбулентных струй с преградой // Электронный журнал «Труды МАИ». 2013. № 70. С. 1-14.
Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В., Третьякова О.Н. Прикладные задачи газодинамики и теплообмена в энергетических установках ракетной техники. М.: Изд-во МАИ, 2014. 168 с.
Дегтярь В.Г. Меркулов Е.С.,Хлыбов В.И., Сафронов А.В. Результаты расчетно-экспериментальных исследований газодинамических процессов при взаимодействии многоблочных струй ракетных двигателей с газоотражателем стартового сооружения // Космонавтика и ракетостроение. 2013. Т. 70, № 1. С. 37-45.
Иванов М.Я., Назаров В.П. Расчет взаимодействия недорасширенных сверхзвуковых струй, истекающих из многосопловой компоновки // Ученые записки ЦАГИ. 1980. Т. 11. № 9. С. 63-71.
Mehta M., Sengupta A., Renno N.O., Van Norman J.W., Huseman P.G., Gulick S.D., Pokora M. Thruster plume surface interactions: applications for spacecraft landings on planetary bodies // AIAA Journal. 2013. V. 51. No. 12. P. 2800-2818.
Mehta M., Renno N.O., Cotel A.J., Grover III R.M. Characterization of the impingement dynamics of pulsed rocket plumes with the ground at low ambient pressure // 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit. 2007. P. 1-11.
Plemmons D.H., Mehta M., Clark B.C., Kounaves S.P., Peach Jr. L.L., Renno N.O., Tamppari L., Young S.M.M. Effect if the Phoenix lander descent thruster plume on the Martian surface // Journal of Geophysical research. 2008. V. 113. P. 1-12.
Sengupta A., Kulleck J., Sell S., Norman J.V., Mehta M., Pokora M. Mars lander engine plume impingement environment of the Mars science laboratory // IEEE/AIAA Aerospace Conference. 2008. No. 1349. P. 1-10.
Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD // California: DCW Industries, Inc. 1993. 460 p.
Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model // Proceedings of the 4th International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer, Begell House Inc., West Redding. 2003. P. 625-632.
Глазунов А.А., Кагенов А.М., Костюшин К.В., Еремин И.В., Котоногов В.А., Алигасанова К.Л. Математическое моделирование взаимодействия одиночной сверхзвуковой струи с преградами // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2020. № 63. C. 87-101. DOI: 10.17222/19988621/63/8.
