Mathematical modeling of the interaction of a single supersonic jet with a moving barrier
This paper presents the results of research on a single supersonic jet interaction with a moving obstacle. The problem is described mathematically using the Favre-averaged Navier-Stokes equations. OpenFOAM free software is used to implement physical and mathematical modeling and perform numerical calculations. The obstacle moves forward and back perpendicular to the axis of the jet from the nozzle section at a velocity of 1 m/s over a distance of 0.03 m. When the obstacle moves along the flow, it appears in the zone of increasing Mach numbers, and when it moves against the flow, in the zone of decreasing Mach numbers. For all calculation options, the shock-wave structure is found to be nonstationary. It is shown that when the obstacle moves against the jet flow, an auto-oscillatory mode with mass-consuming nature of pulsations occurs. The amplitude of oscillations is 3-5 times higher when using the configuration with the obstacle moving against the jet flow than when using the configuration with the obstacle moving along the jet flow.
Keywords
gas dynamics,
mathematical modeling,
numerical studies,
impact supersonic jet,
moving obstacle,
OpenFOAMAuthors
| Kagenov Anuar M. | Tomsk State University | anuar@ftf.tsu.ru |
| Kostyushin Kirill V. | Tomsk State University | kostushink@niipmm.tsu.ru |
| Chervakova Anastasiya V. | Tomsk State University | ch-nastya1997@mail.ru |
| Eremin Ivan V. | Tomsk State University | iveremin@niipmm.tsu.ru |
Всего: 4
References
Lamont P.J., Hunt B.L. The impingement of underexpanded axisymmetric jets on wedges // Journal of Fluid Mechanics. 1976. V. 76. P. 307-336.
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.
Alvi F.S., Ladd J.A., Bower W. W. Experimental and computational investigation of supersonic impinging jets // AIAA Journal. 2002. V. 40 (4). P. 599-609.
Киселев С.П., Киселев В.П., Зайковский В.Н. О механизме автоколебаний при натекании сверхзвуковой струи на преграду. 1. Преграда с иглой // Прикладная механика и техническая физика. 2014. Т. 55, № 4. С. 50-59.
Киселев С.П., Киселев В.П., Зайковский В.Н. О механизме автоколебаний при натекании сверхзвуковой струи на преграду. 2. Преграда без иглы // Прикладная механика и техническая физика. 2014. Т. 55, № 5. С. 21-28.
Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В., Третьякова О.Н. Численное моделирование взаимодей ствия многоблочных сверхзвуковых турбулентных струй с преградой // Труды МАИ. 2013. № 70. С. 1-14.
Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В., Третьякова О.Н. Результаты экспериментальных иссле дований взаимодействия многоблочных сверхзвуковых турбулентных струй с преградой // Труды МАИ. 2013. № 69. С. 1-11.
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.
Савельев А.Д. Использование составных компактных схем высокого порядка при реше нии задачи взаимодействия сверхзвуковой струи с поверхностью // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2013. Т. 53, № 10. С. 1746-1759.
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.
Wilcox D.C. Turbulence modeling for CFD. La Canada, CA: DCW Industries. 1998. 460 р.
B. van Leer. Towards the ultimate conservative difference scheme. V. A second-order sequel to Godunov's method //j.Comp. Phys. 1979. V. 32 (1). P. 101-136. 10.1016/ 00219991(79)90145-1.
Костюшин К.В. Численное исследование нестационарных газодинамических процессов при старте твердотопливных ракет // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2020. № 67. С. 127-143.
MPI Forum. URL: https://www.mpi-forum.org (accessed: 04.04.2021).
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.
