Основанная на OpenFOAM оценка различных способов учета стенки при моделировании отрывных потоков вокруг плохо обтекаемых тел с теплообменом
К. Чакраборти1, С. Сароха1, Саван С. Синха1, С. Лакшмипати2
1Индийский технологический институт, Дели, Индия
krishnendu.bukai@gmail.com
2Компания Gexcon AS, Берген, Норвегия
l.sunil@gmail.com
Ключевые слова: k-e-модель, отрывные течения, учет стенки, теплообмен, пакет OpenFOAM, k-e-модель Лаундера - Шармы, RANS-метод
Страницы: 879-902
Аннотация
В работе оценивается влияние способа учета стенки на точность воспроизведения с помощью κ-ε-модели несжимаемых турбулентных отрывных течений с теплообменом и без него. С использованием пакета OpenFOAM вычислительной динамики жидкости и газа (CFD) с открытым исходным кодом моделировались два эталонных случая: обтекание круглого цилиндра при Re = 3900 и обтекание нагретого квадратного цилиндра при Re = 21400. Выполнено сравнение результатов, полученных с помощью трех вариантов κ-ε -модели - κ-ε -модели Лаундера - Шармы (LSKEY), κ-ε -модели Лэма - Бремхорста (обе - с поправкой Япа) (LBKEY) и двухслойной κ-ε -модели (TLKE), с данными экспериментов и прямого численного моделирования (DNS). Цель cравнения - определение способности модели предсказывать осредненные характеристики потока, интегральные величины на поверхности и характеристики теплообмена в различных точках следа. На основании представленного исследования сделан вывод, что модель LSKEY работает лучше других моделей при воспроизведении характеристик течения и теплообмена в следе и на поверхности. Кроме того, сравнение показало, что модели LSKEY и LBKEY требуют сравнимых затрат компьютерного времени на проточный цикл, а вычислительное время, необходимое для модели TLKE, почти в два раза превышает время, трбуемое для проведения расчетов по моделям LBKEY и LSKEY. Полученные результаты призваны привлечь внимание к модели LSKEY со стороны специалистов в области CFD. В частности, эта модель может быть использована при расчетах течений в других подходах, особенно в методах с разрешением масштабов, например, при решении уравнений Навье - Стокса с частичным осреднением (PANS), где оптимальный способ учета стенки наряду с более коротким временем счета мог бы дать значительное преимущество. По мнению авторов, эти преимущества модели LSKEY ранее в значительной степени упускались из виду, возможно, из-за предвзятого предпочтения ей модели TLKE, которая по умолчанию присутствует в популярных коммерческих CFD-пакетах.
|
