Mathematical modeling of the interaction of a multiple supersonic jet with a moving obstacle | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2024. № 92. DOI: 10.17223/19988621/92/10

Mathematical modeling of the interaction of a multiple supersonic jet with a moving obstacle

This paper presents numerical modeling of the interaction of a multiple supersonic jet with a moving obstacle. For the mathematical description of the physical formulation, the Navier-Stokes equations averaged by Favre in a non-stationary formulation were used. Chimera meshes were used for modeling of moving boundaries. The calculation method was implemented using the OpenFOAM open-source software. Testing of the calculation method showed good agreement with the experimental data of other authors and numerical data using a regular mesh. A conical nozzle with the Mach number of 4.5 at the outlet was used for the parametric study. The calculation was performed up to the time t = 0.2 s; the speed of the obstacle was 1 m/s. It is obtained that up to 0.01 s the maximum pressure on the barrier increases, then decreases. At the critical point up to the time of 0.018 s, there are insignificant pressure fluctuations. Then, there is an increase caused by a decrease in pressure at the intersection of the planes of symmetry of the propulsion system and the obstacle.

Download file

Counter downloads: 4

Keywords

multiple supersonic jet, mathematical modeling, moving obstacle, Chimera type mesh, OpenFOAM

Authors

Name	Organization	E-mail
Kagenov Anuar M.	Tomsk State University	anuar@ftf.tsu.ru
Kostyushin Kirill V.	Tomsk State University	kostushink@niipmm.tsu.ru
Larkin Dmitry O.	Tomsk State University	mister.larkin.dima@mail.ru

Всего: 3

References

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.

Кагенов А.М. Математическое моделирование взаимодействия сверхзвуковых многоблочных струй посадочного модуля с поверхностями: дис.. канд. физ.-мат. наук. Томск, 2017. 155 с.

OpenFOAM. URL: http://openfoam.com (accessed: 08.12.2023).

Holzmann T. Mathematics, numerics, derivations and OpenFOAM. Holzmann CFD, Inc., 2019. 155 p.

Sweby P.K. High resolution schemes using flux limiters for hyperbolic conservation laws // SIAM Journal on Numerical Analysis. 1984. V. 21. P. 995-1011.

Franke R. Scattered data interpolation: tests of some methods // Mathematics of Computation. 1982. V. 38 (157). Р. 181-181.

Солодов В.Г. Моделирование турбулентных течений. Расчет больших вихрей. Харьков: ХНАДУ, 2011. 168 с.

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. West Redding: Begell House, Inc., 2003. P. 625-632.

Сизов А.М. Составные сверхзвуковые струи // Сверхзвуковые газовые струи: сб. ст. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1983. С. 85-102.

Lee B.S., Choi J.H., Kwon O.J. Numerical Simulation of Free-Flight Rockets Air-Launched From a Helicopter // Journal of Aircraft. 2011. V. 48 (5). Р. 1766-1775.

Волков К.Н., Емельянов В.Н., Яковчук М.С. Нестационарное течение в двухконтурном сопле с учетом перемещения его выдвижной секции из сложенного в рабочее положение // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2018. Т. 19, № 1.

Жильцов К.Н., Тырышкин И.М., Глазунов А.А., Еремин И.В. Моделирование процессов нестационарной газодинамики при взлете и посадке космических аппаратов в условиях разреженной атмосферы // Тезисы докладов XXVI Всероссийского семинара с международным участием по струйным, отрывным и нестационарным течениям, С.-Петербург, 2022. СПб.: Балтийский гос. техн. ун-т "Военмех", 2022. С. 85-86.

Еремин И.В., Кагенов А.М., Костюшин К.В., Червакова А.В. Математическое моделирование взаимодействия одиночной сверхзвуковой струи с подвижной преградой // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2023. № 85. С. 146-156.

Костюшин К.В. Численное исследование нестационарных газодинамических процессов при старте твердотопливных ракет // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2020. № 67. С. 127-143.

Козлов Е.А., Абанеев Э.Р. Пример численного решения двухмерной газодинамической задачи в геометрически изменяющейся расчетной области // Вестник Томского государственного педагогического университета. 2006. Вып. 6 (57). С. 98-100.

Benek J.A., Buning P.G., Steger J.L. A 3-D Chimera Grid Embedding Technique // AIAA Paper. 1985. № 85. P. 322-331.

Benek J.A., Donegan T.L., Suhs N.E. Extended Chimera Grid Embedding Scheme With Appli cation to Viscous Flow // AIAA Paper. 1987. № 87. P. 238-291.

Годунов С.К., Прокопов Г.П. Об использовании подвижных сеток в газодинамических расчетах // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1972. Т. 12, № 2. С. 429-440.

Мажукин В.И., Самарский А.А., Кастельянос О., Шапранов А.В. Метод динамической адаптации для нестационарных задач с большими градиентами // Математическое моделирование. 1993. Т. 5, № 4. С. 32-56.

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.

Кагенов А.М., Костюшин К.В., Алигасанова К.Л., Котоногов В.А. Математическое мо делирование взаимодействия составной сверхзвуковой струи с преградой // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2020. № 68. С. 7179.

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. С. 87-101.