Детально-сравнительный анализ взаимодействия сверхзвукового потока с поперечной газовой струей при больших параметрах нерасчетности

Взаимодействие пространственного сверхзвукового турбулентного потока газа с вдуваемой перпендикулярно со стенки звуковой струей было широко изучено как численно, так и экспериментально. Однако основным недостатком этих исследований является отсутствие детализации образования и распространения вихревых структур, как для умеренных, так и больших параметров нерасчетности $n$ (отношение давления в струе к давлению в потоке). Выполненное в данной работе исследование направлено на выявление и углубленное понимание механизмов образования вихрей за вдуваемой звуковой струи в сверхзвуковом натекающем потоке в зависимости от $n$ с точки зрения повышения эффективности перемешивания струи и потока. Исходными являются трехмерные осредненные по Фавру уравнения Навье–Стокса, замкнутые $k$–$\omega$ моделью турбулентности, решение которых осуществляется с помощью алгоритма, построенного на основе ENO-схемы третьего порядка аппроксимации. Показано присутствие известных из ряда теоретических работ вихревых структур: два противоположно вращающихся вихря перед струей; подковообразный вихрь; две пары, формирующиеся в зоне смешения между струей и потоком, одна из которых в следе за струей, одна по боковой линии струи. Определены параметры нерасчетности, при которых появляются дополнительные пары вихрей, где одна пара возникает на кромке диска Маха в результате взаимодействия замедленного потока струи за диском Маха с высокоскоростным восходящим потоком за бочкой, а вторая обусловлена взаимодействием восходящего потока струи с натекающим основным потоком газа. В результате сравнительного анализа выявлены параметры нерасчетности, при которых наблюдается четкая картина дополнительных роговых вихрей вблизи стенки в области за струей. Получен график зависимости угла наклона головного скачка уплотнения от параметра нерасчетности. Установлено удовлетворительное согласие распределения давления на стенке перед струей в плоскости симметрии с экспериментальными данными.