Mathematical modeling of the interaction of a single supersonic jet with obstacles | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2020. № 63. DOI: 10.17222/19988621/62/8

Mathematical modeling of the interaction of a single supersonic jet with obstacles

The paper presents the results of mathematical modeling of the supersonic single jet interaction with obstacles. The calculations are performed using the developed solver based on Godunov's scheme and the method of linear reconstruction of solution in the OpenFOAM software package. The modified solver is tested on the problem of the supersonic jet interaction with a flat obstacle in the steady-state and self-oscillating modes. The calculated results on jets' structure and pressure distribution on the obstacle under a shock wave are in a good agreement with experimental and theoretical data of other authors. The interaction of the supersonic jet with obstacles is studied at a Mach number of 4 in the nozzle exit section. The angle of inclination of the flat surface and the shape of the curved surface are varied in the parametric studies. It is shown that with an increase in the angle of inclination of the flat obstacle, the maximum pressure increases, and the self-oscillating mode changes to a steady-state one. Pressure distributions along the curved obstacles with an angle of 5 and 1o degrees differ in pattern and level from those along the flat horizontal obstacles.

Download file

Counter downloads: 298

Keywords

математическое моделирование, газовая динамика, метод Годунова, сверхзвуковая струя, OpenFOAM, mathematical modeling, gas dynamics, Godunov method, supersonic jet, OpenFOAM

Authors

Name	Organization	E-mail
Glazunov Anatoliy A.	Tomsk State University	gla@niipmm.tsu.ru
Kagenov Anuar M.	Tomsk State University	anuar@ftf.tsu.ru
Kostyushin Kirill V.	Tomsk State University	kostushin@niipmm.tsu.ru
Eremin Ivan V.	Tomsk State University	iveremin@niipmm.tsu.ru
Kotonogov Vasiliy A.	Tomsk State University	kot@niipmm.tsu.ru
Aligasanova Kristina L.	Tomsk State University	aligasanova@niipmm.tsu.ru

Всего: 6

References

Запрягаев В.И., Солотчин А.В., Кавун И.Н., Яровский Д.А. Натекание сверхзвуковой недорасширенной струи на преграды различной проницаемости // Прикладная механика и техническая физика. 2011. Т. 52. № 5. С. 60-67.

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 re-entry 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.

Запрягаев В.И., Киселев Н.П., Кундасев С.Г. Структура течения при взаимодействии сверхзвуковой перерасширенной струи с плоской наклонной преградой // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2016. № 45. С. 32-49. DOI: 10.15593/2223-9982/ 2016.45.02.

Kundasev S.G., Kiselev N.P., Zapryagaev V.I. Experimental investigation of the flow structure of the supersonic jet impinging on an inclined flat obstacle // International Conference on the Methods of Aerophysical Research (ICMAR 2016). 2016. P. 1-10. DOI: 10.1063/1.4963973.

Dyad'kin A.A., Sukhorukov V.P., Rybak S.P., Zapryagaev V.I., Kiselev N.P., Kundasev S.G., Sobolev A.V., Gubanov D.A. Simulation of the reentry vehicle supersonic brake jets interection with landing surface // 7th European Conference of Aeronautics and Space Sciences (EUCASS). 2017. DOI: 10.13009/EUCASS2017-116.

Мельникова М.Ф., Нестеров Ю.Н. Воздействие сверхзвуковой нерасчетной струи на плоскую преграду, перпендикулярную оси струи // Ученые записки ЦАГИ. 1971. Т. 2. № 5. С. 44-58.

Lamont P.J., Hunt B.L. The impingement of underexpanded axisymmetric jets on wedges // Journal of Fluid Mechanics. 1976. V. 76. P. 307-336.

Lamont P.J., Hunt B.L. The impingement of underexpanded, axisymmetric jets on perpendicular and inclined flat plates // Journal of Fluid Mechanics. 1980. V. 80. P. 471-511.

Горшков Г.Ф., Усков В.Н. Особенности автоколебаний, возникающих при обтекании ограниченной преграды сверхзвуковой недорасширенной струей // Прикладная механика и техническая физика. 1999. Т. 40. № 4. С. 143-149.

Дубинская Н.В., Иванов М.Я. К расчету взаимодействия сверхзвуковой струи идеального газа с плоской преградой, перпендикулярной ее оси // Ученые записки ЦАГИ. 1975. Т. 6. № 5. С. 38-44.

Горшков Г.Ф., Усков В.Н. Автоколебания в сверхзвуковых перерасширенных импактных струях // Прикладная механика и техническая физика. 2002. Т. 43. № 5. С. 49-54.

Alvi F.S., Ladd J.A., Bower W.W. Experimental and computational investigation of supersonic impinging jets // AIAA Journal. 2002. V. 40. No. 4. P. 599-609.

Савельев А.Д. Использование составных компактных схем высокого порядка при решении задачи взаимодействия сверхзвуковой струи с поверхностью // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2013. Т. 53. № 10. С. 1746-1759.

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.

Волков К. Н., Емельянов В. Н., Зазимко В. А. Турбулентные струи - статистические модели и моделирование крупных вихрей. М.: Физматлит, 2014. 360 с.

Волков К.Н., Емельянов В.Н. Вычислительные технологии в задачах механики жидкости и газа. М.: Физматлит, 2012. 468 с.

Дулов В.Г., Лукьянов Г.А. Газодинамика процессов истечения. Новосибирск: Наука, 1984. 226 с.

Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. California: DCW Industries, Inc. 1993. 460 p.

Глазунов А.А., Еремин И.В. Кагенов А.М., Тырышкин И.М. Применение пакета OpenFOAM для расчетов течений газа в соплах и струях // Известия высших учебных заведений. Физика. 2013. Т. 56. № 9-3. С. 66-68.

Глазунов А.А., Еремин И.В., Кагенов А.М., Кувшинов Н.Е. Численное исследование взаимодействия продуктов сгорания двигателей космических аппаратов с обтекаемыми поверхностями в условиях Марса // Известия высших учебных заведений. Физика. 2014. Т. 57. № 8-2. С. 97-103.

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.

OpenFOAM // Официальный сайт OpenFOAM. URL: http://openfoam.com (дата обращения 11.10.2019).

Toro E.F. Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2009. P. 315-344. DOI 10.1007/b7976-1 10.

Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я., Крайко А.Н., Прокопов Г.П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М.: Наука, 1976. 400 с.

Venkatakrishnan V. On the Accuracy of Limiters and Convergence to Steady-State Solutions // AIAA paper 93-0880. 1993. P. 1-11. DOI: 10.2514/6.1993-880.