Разработка и применение метода высокого разрешения для расчета струйных течений методом крупных вихрей

Представлен метод моделирования крупных вихрей с неявной подсеточной моделью (Implicit Large Eddy Simulation — ILES) высокого разрешения для расчета сжимаемых турбулентных течений. Метод применен к расчету струйных течений. Для получения реалистических параметров течения на срезе сопла выполнялся совместный расчет течения в сопле и струе. Рассмотрено два подхода к моделированию течения в пограничном слое в сопле. В первом случае для описания пограничного слоя используются осредненные уравнения Навье–Стокса (Reynolds Averaged Navier–Stokes — RANS). Для RANS/ILES-метода показано влияние порядка разностной аппроксимации конвективных членов в уравнениях Навье–Стокса на разрешающую способность разработанного метода. Расчеты проводились для дозвуковой и нерасчетной сверхзвуковой струй на сетке, содержащей $1.1\times10^6$ ячеек. Получено, что повышение порядка разностной аппроксимации с пятого до девятого позволяет существенно повысить точность результатов без увеличения числа ячеек расчетной сетки. Продемонстрирована высокая работоспособность метода при расчете сверхзвуковых течений с разрывами. При втором подходе самые крупные вихри в пограничном слое разрешались явно, а течение около стенки описывалось с помощью упрощенной модели (методом Wall Modeled ILES — WMILES). Использование WMILES-метода для совместного расчета течения в сопле и струе позволило улучшить описание турбулентного слоя смешения около среза сопла и повысить точность совпадения с экспериментом. С помощью WMILES-метода на сетках с $2.3$–$2.5\times10^6$ ячеек были выполнены совместные расчеты течений в шевронных соплах различной формы и их струях. По сравнению с расчетами с помощью RANS/ILES-метода заметно улучшилось совпадение с экспериментом по уровню максимальных пульсаций в слое смешения. Получено возможное объяснение увеличения высокочастотного шума в исследованных шевронных соплах, которое наблюдается в эксперименте.