Численное моделирование взаимодействия турбулизаторов и системы выдуваемых струй с набегающим потоком


Авторы

Сназин А. А., Шевченко В. И.*

Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, 197198, г. Санкт-Петербург, ул. Ждановская, д. 13

*e-mail: vka@mil.ru

Аннотация

Изучение взаимодействия высокоскоростного потока с выдуваемыми газовыми струями представляет собой важную область исследований, привлекающую значительное внимание в последние годы. В данной работе представлено комплексное численное исследование взаимодействия высокоскоростного потока с системой газовых струй, поперечно выдуваемых в канал, оснащенный турбулизаторами, установленными на дне. Анализируется влияние турбулизаторов на устойчивость потока и эффективность смешивания при различных конфигурациях. В частности, изучалось влияние расположения турбулизаторов на динамику перемешивания и устойчивость потока. Результаты показывают, что включение турбулизаторов в определенные конфигурации повышает эффективность перемешивания и стабилизирует структуру потока. Этот вывод подчеркивает эффективность установки турбулизаторов на дне канала в задаче оптимизации управления высокоскоростным потоком для перспективных инженерных приложений.

Ключевые слова:

выдув струи газа, высокоскоростной поток, адаптация сетки, скачки уплотнения

Библиографический список

  1. Venkatachari Balaji, Ito Yasushi, Cheng Gary, Chang Chau-Lyan. Numerical Investigation of the Interaction of Counterflowing Jets and Supersonic Capsule Flows // 42nd AIAA Thermophysics Conference. 2011. DOI: 10.2514/6.2011-4030
  2. Victor V. Kozlov., Genrich R., Grek L., Lofdahl L. et al. Role of localized streamwise structures in the process of transition to turbulence in boundary layers and jets (review) // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2002. V. 43 (2), P. 224-236. DOI: 10.1023/A:1014745424327
  3. Ali M. Hamed., C.E. Nye., A.J. Hall. Effects of localized blowing on the turbulent boundary layer over 2D roughness // Experiments in Fluids. 2021. V. 62 (8), P. 1-13. DOI: 10.1007/S00348-021-03261-0
  4. Shota Nishimoto, Shinji Nakaya, Jeonghoon Lee, Mitsuhiro Tsue. Effects of the penetration height of ethylene transverse jets on flame stabilization behavior in a Mach 2 supersonic crossflow // Proceedings of the Combustion Institute. 2023. V. 39, No. 3. P. 3117-3126. DOI: 10.1016/j.proci.2022.08.022
  5. Yifu Tian, Jiajian Zhu, Mingbo Sun, Hongbo Wang, Yuhui Huang, Rong Feng, Bo Yan, Yongchao Sun, Zun Cai. Enhancement of blowout limit in a Mach 2.92 cavity-based scramjet combustor by a gliding arc discharge // Proceedings of the Combustion Institute. 2023. V. 39, No. 4. P. 5697-5705. DOI: 10.1016/j.proci.2022.07.101
  6. Shinji Nakaya, Hajime Yamana, Mitsuhiro Tsue. Experimental investigation of ethylene/air combustion instability in a model scramjet combustor using image-based methods // Proceedings of the Combustion Institute. 2021. V. 38, No. 3. P. 3869-3880. DOI: 10.1016/j.proci.2020.07.129
  7. Qili Liu, Damiano Baccarella, Will Landsberg. et al. Cavity flameholding in an optical axisymmetric scramjet in Mach 4.5 flows // Proceedings of the Combustion Institute. 2019. V. 37, No. 3. P. 3733-3740. DOI: 10.1016/j.proci.2018.08.037
  8. Yuan-Shu Liu, Rui Xue, Jun-Li Liu, Chao-Qi Xu, Shao-Hua Zhu, Bing Liu. Numerical study on the dynamic process of ramjet/scramjet mode transition in the integrated full flow path for RBCC engine // Applied Thermal Engineering. 2023. V. 231, P. 121017. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2023.121017
  9. Yanbin Feng, Shibin Luo, Jiawen Song, Kunxiong Xia, Dequan Xu. Numerical investigation on the combustion characteristics of aluminum powder fuel in a supersonic cavity-based combustor // Applied Thermal Engineering. 2023. V. 221, P. 119842. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2022.119842
  10. Chunlei Li, Xiong Chen, Yingkun Li, Omer Musa, Liang Zhu. Numerical investigation on the performance of scramjet combustor with a novel strut configuration // Applied Thermal Engineering. 2019. V. 159, P. 113894. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2019.113894
  11. Shaohua Zhu, Xu Xu, Qingchun Yang. Application of the vortex effects induced by the trailing wedge to enhance the mixing and combustion in the strut-based scramjet // Applied Thermal Engineering. 2018. V. 140, P. 604-614. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.05.084
  12. Chao Liu, Haichang Li, Lora Cheung. Weak persistence of a stochastic delayed competition system with telephone noise and Allee effect // Applied Mathematics Letters. 2020. V. 103, P. 106186. DOI: 10.1016/j.aml.2019.106186
  13. 13. Qili Liu, Damiano Baccarella, Tonghun Lee. Review of combustion stabilization for hypersonic airbreathing propulsion // Progress in Aerospace Sciences. 2020. V. 119, P. 100636. DOI: 10.1016/j.paerosci.2020.100636
  14. Datta V. Gaitonde. Progress in shock wave/boundary layer interactions // Progress in Aerospace Sciences. 2015. V. 72, P. 80-99. DOI: 10.1016/j.paerosci.2014.09.002
  15. Chen Pu, Guangming Guo, Juliang Han, Sitan Jiang. Effect of jet schemes of the double-nozzle strut injector on mixing efficiency of air and hydrogen for a scramjet combustor // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47, No. 53. P. 22633-22649. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.05.060
  16. A.M. Tahsini, S. Tadayon Mousavi. Investigating the supersonic combustion efficiency for the jet-in-cross-flow // International Journal of Hydrogen Energy. 2015. V. 40, No. 7. P. 3091-3097. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.12.124
  17. Jacobsen L S, Schetz J A, Ng W F. Flow field near a mulitiport injector array in a supersonic flow // Journal of Propulsion and Power. 2000. V. 16 (2), P. 216-226. DOI: 10.2514/2.5586
  18. Huang W., Wang Z.G., Wu J.P., Li S.B. Numerical prediction on the interaction between the incident shock wave and the transverse slot injection in supersonic flows // Aerospace Science and Technology. 2013. V. 28 (1), P. 91-99.
  19. Huang W. Transverse jet in supersonic crossflows // Aerospace Science and Technology. 2016. V. 50, P. 183-195. DOI: 10.1016/j.ast.2016.01.001
  20. Huang W. Effect of jet to crossflow pressure ratio arrangement on turbulent mixing in a flow path with square staged injectors // Fuel. 2015. V. 144, P. 164-170. DOI: 10.1016/j.fuel.2014.12.051
  21. Fallah K, Gerdroodbary M.B., Ghaderi A., Alinejad J. The influence of micro air jets on mixing augmentation of fuel in cavity flameholder at supersonic flow // Aerospace Science and Technology. 2018. V. 76, P. 187-193. DOI: 10.1016/j.ast.2018.01.021
  22. Lee S.H. Characteristics of dual transverse injection in scramjet combustor Part 1: Mixing // Journal of Propulsion and Power. 2006. V. 22 (5), P. 1012-1019. DOI: 10.2514/1.14180
  23. Pudsey A.S., Boyce R.R. Numerical investigation of transverse jets through multiport injector arrays in a supersonic crossflow // Journal of Propulsion and Power. 2010. V. 26 (6), P. 1225-1236. DOI: 10.2514/1.39603
  24. Pudsey A.S., Boyce R.R., Wheatley V. Hypersonic viscous drag reduction via multiporthole injector arrays // Journal of Propulsion and Power. 2013. V. 29 (5), P. 1087-1096. DOI: 10.2514/1.B34782
  25. Сназин А.А., Шевченко А.В., Панфилов Е.Б., Прилуцкий И.К. Исследование взаимодействия недорасширенной газовой струи, выдуваемой из тела, с высокоскоростным набегающим потоком // Труды МАИ. 2021. № 119. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=159782. DOI: 10.34759/trd-2021-119-05
  26. Борисов А.Д. Исследование влияния подачи струй в камеру на эффективность смешения и горения топливо-воздушной смеси // Труды МАИ. 2016. № 90. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=74721
  27. Ларина Е.В., Крюков И.А., Иванов И.Э. Моделирование осесимметричных струйных течений с использованием дифференциальных моделей турбулентной вязкости // Труды МАИ. 2016. № 91. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=75565
  28. 28. Кудимов Н.Ф., Сафронов А.В., Третьякова О.Н. Численное моделирование взаимодействия многоблочных высокоскоростных турбулентных струй с преградой // Труды МАИ. 2013. № 70. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=44440
  29. Головкин М.А., Головкина Е.В. Визуализация структур течения в окрестности моделей летательных аппаратов в гидродинамической трубе малых скоростей (самолетные аэродинамические компоновки // Труды МАИ. 2016. № 90. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=74692



Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2025

 Вход