Научный отчет № 4775

Название

Моделирование нестационарных нагрузок при движении тел в вязкой жидкости.

Авторы

Гувернюк С.В., Дынникова Г.Я., Баранников С.Н., Зубков А.Ф., Андронов П.Р., Григоренко Д.А., Гирча А.И.

Аннотация

Протестированы формулы, связывающие давление и гидродинамические нагрузки, действующие на тела в плоском нестационарном потоке вязкой несжимаемой жидкости, с характеристиками свободных вихрей, а также моделирующих тела особенностей (присоединенных вихрей) и с потоком завихренности, генерируемой поверхностью. Предложены способы постановки связанных задач движения тел под действием гидродинамических и внешних сил в вязкой жидкости. Исследованы различные частные случаи движения тел в вязкой жидкости на основе лагранжева подхода к моделированию двумерных течений. Проведено тестирование расчетного метода вязких вихревых доменов на примере задачи о вращении цилиндра в потоке вязкой жидкости и задач об обтекании вязкой жидкостью неподвижных тел. Протестированный метод использован для верификации феноменологических гипотез об изменении нестационарных аэродинамических характеристик при взаимодействии тела с вязкой средой на примере задачи о гармонических колебаниях в потоке крылового профиля NACA-0012. В аэродинамической трубе А-8 НИИ механики МГУ при числах Маха М=0,05-0,2 выполнены динамические испытания оперенных цилиндров (вертушек) при наличии вращательной степени свободы и при различном числе лопастей (2,3,4,6). Проведено качественное сравнение картин течения в расчете на основе предложенного метода и в эксперименте, показано, что с уменьшением числа лопастей усиливается влияние вязкого отрыва на гладкой поверхности цилиндра на процесс авторотации вертушки. На основе разработанной вычислительной схемы получено численное решение связанной задачи о падении пластины в вязкой жидкости под действием силы тяжести. Показано, что в рамках предложенных расчетных моделей можно учесть влияние степени проницаемости и степени направляющего действия пористости поверхностей в потоке идеальной или вязкой жидкости. Исследована зависимость двумерных картин обтекания и нестационарных аэродинамических характеристик проницаемой полуокружности от перечисленных параметров для случая идеальной и вязкой среды. Разработана и протестирована распараллеленная версия программного комплекса для двумерного расчета движения произвольного твердого тела в вязкой среде по заданному закону.

Год публикации

2005 г.

Объём

93 с.

Научный руководитель

Гувернюк С.В.

Ключевые слова

вязкая несжимаемая жидкость, конвекция и диффузия вихрей, нестационарные нагрузки, метод вязких вихревых доменов, связанные задачи динамики и аэродинамики, проницаемая поверхность, оптические методы визуализации.