Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô hình toán học tương tác của jet với dòng chảy có nhiệt độ cao trong kênh giãn nở
Tóm tắt
Bài báo này trình bày kết quả mô phỏng sự tương tác của một jet siêu âm phẳng với dòng chảy siêu âm có độ nhiệt cao trong một kênh. Vấn đề được giải quyết dưới dạng hai chiều với số Mach của dòng chảy bên ngoài M∞ = 2.6 và 2.8 cũng như tại các giá trị nhiệt độ tổng của dòng chảy T0 = 1800–2000 K. Mô hình toán học bao gồm các phương trình Navier-Stokes trung bình toàn phần, kèm theo một mô hình độ hỗn loạn hai phương trình và một phương trình mô tả sự vận chuyển của chất được phun vào. Các tính toán được thực hiện bằng phần mềm ANSYS Fluent 12.1. Quy trình tính toán được xác thực so với các kết quả thí nghiệm có sẵn về việc phun ngang các jet nitơ và heli. Kết quả tính toán và thí nghiệm cho thấy sự phù hợp tốt. Đối với các vấn đề đã xem xét, ngoài các phân bố bề mặt của các đặc trưng, các trường thông số dòng chảy đã được thu được, cho phép tái hiện những đặc điểm cụ thể mà khó có thể được ghi nhận trong thí nghiệm. Các nghiên cứu tham số cho thấy rằng sự gia tăng góc nghiêng và lưu lượng khối của jet dẫn đến việc tăng độ sâu thâm nhập của jet vào dòng chảy, nhưng trong trường hợp này, các dòng chảy tách biệt với cường độ mạnh hơn và sóng sốc cũng được quan sát.
Từ khóa
#jet siêu âm #mô hình toán học #dòng chảy có nhiệt độ cao #phương trình Navier-Stokes #mô hình độ hỗn loạnTài liệu tham khảo
J. A. Schetz, P. F. Hawkins, and H. Lehman, “Structure of Highly Underexpanded Transverse Jets in a Supersonic Stream,” AIAA J., No. 5, 882–884 (1967).
V. G. Dulov and G. A. Luk’yanov, Gas Dynamics of Exhaustion Processes (Nauka, Novosibirsk, 1984) [in Russian].
V. Viti, R. Neel, and J. A. Schetz, “Detailed Flow Physics of the Supersonic Jet Interaction Flow Field,” Phys. Fluids 21, 046101 (2009).
E. E. Zukoski and F. W. Spaid, “Secondary Injection of Gases into a Supersonic Flow,” AIAA J. 2(10), 1689–1696 (1964).
V. S. Avduevskii, K. I. Medvedev, and M. N. Polyanskii, “Interaction of a Supersonic Flow with a Transverse Jet Injected through a Circular Orifice in a Flat Plate,” Izv. Akad. Nauk SSSR, Mekh. Zhidk. Gaza, No. 3, 193–197 (1970).
V. V. Eremin, Yu. M. Lipnitskii, A. N. Pokrovskii, et al., “Investigation of Interaction of a Plane Transverse Gas Jet with a Supersonic Flow,” Izv. Akad. Nauk SSSR, Mekh. Zhidk. Gaza, No. 4, 103–110 (1975).
F. S. Billing, R. S. Orth, and M. Lasky, “A Unified Analysis of Gaseous Jet Penetration,” AIAA J. 9(6), 1048–1058 (1971).
N. E. Hawk and J. L. Amick, “Two-Dimensional Secondary Jet Interaction with a Supersonic Stream,” AIAA J. 5(4), 655–660 (1967).
A. I. Glagolev, A. I. Zubkov, and Yu. A. Panov, “Interaction of a Gas Jet Escaping from an orifice in a Flat Plate with a Supersonic Flow,” Izv. Akad. Nauk SSSR, Mekh. Zhidk. Gaza, No. 2, 99–103 (1968).
M. R. Gruber, A. S. Nejad, T. H. Chen, and J. C. Dutton, “Mixing and Penetration Studies of Sonic Jets in a Mach 2 Freestream,” AIAA Paper No. 1994-709 (1994).
J. R. Sterrett, J. B. Burber, D.W. Alston, and D. J. Romeo, “Experimental Investigation of Secondary Jets from Two-Dimensional Nozzles with Various Exit Mach Numbers for Hypersonic Control Application,” Tech. Note NASA No. D-3795, Washington (1967).
W. J. Thayer and R. C. Corlett, “Gas Dynamic and Transport Phenomena in the Two-Dimensional Jet Interaction Flowfield,” AIAA J. 10(4), 488–493 (1972).
R. Portz and C. Segal, “Penetration of Gaseous Jets in Supersonic Flows,” AIAA J. 44(10), 2426–2429 (2006).
R. J. Goldstein, G. Shavit, and T. S. Chen, “Film-Cooling Effectiveness with Injection through a Porous Section,” J. Heat Transfer 87, 353–361 (1965).
V. I. Penzin, “Experimental Study of Transverse Injection into a Supersonic Flow in a Channel,” Uch. Zap. TsAGI 4(6), 112–118 (1973).
V. Ya. Borovoy and M. V. Ryzhkova, “Gas Flow and Heat Transfer on a Cone near a Transverse Jet with a Laminar State of the Boundary Layer,” Uch. Zap. TsAGI 5(4), 48–58 (1974).
A. Ya. Nadyrshin and Z. G. Shaihutdinov, “Mixing of a Supersonic Flow with a Transverse Jet Injected through a Circular Orifice in a Flat Plate,” Izv. Akad. Nauk SSSR, Mekh. Zhidk. Gaza, No. 1, 14–18 (1975).
M. R. Gruber, A. S. Nejad, T. H. Chen, and J. C. Dutton, “Large Structure Convection Velocity Measurements in Compressible Transverse Injection Flowfields,” Exp. Fluids 22, 397–407 (1997).
W. M. Van Lerberghe, J. G. Santiago, J. C. Dutton, and R. P. Lucht, “Mixing of a Sonic Transverse Jet Injected into a Supersonic Flow,” AIAA J. 38(3), 470–479 (2000).
J. P. Drummond, “Numerical Solution for Perpendicual Sonic Hydrogen Injection into a Ducted Supersonic Airstream,” AIAA J. 17(5), 531–533 (1979).
F. Grasso and V. Magi, “Simulation of Transverse Gas Injection in Turbulent Supersonic Air Flows,” AIAA J. 33(1), 56–62 (1995).
V. K. Baev, V. I. Golovichev, and P. K. Tret’yakov, “Combustion in a Supersonic Flow,” Fiz. Goreniya Vzryva 23(5), 5–15 (1987) [Combust., Explos., Shock Waves 23 (5), 511–520 (1987)].
Z. A. Rana, B. Thornber, and D. Drikakis, “Transverse Jet Injection into a Supersonic Turbulent Cross-Flow,” Phys. Fluids 23, 046103 (2011).
A. O. Beketaeva and A. Zh. Naimanova, “Numerical Study of Spatial Supersonic Flow of a Perfect Gas with Transverse Injection of Jets,” Prikl. Mekh. Tekh. Fiz. 52(6), 58–68 (2011) [Appl. Mech. Tech. Phys. 52 (6), 896–904 (2011)].
R. L. Roe, “Characteristic Based Schemes for the Euler Equations,” Annual Rev. Fluid Mech. 18, 337–365 (1986).
M. S. Liou, “A Sequel to AUSM: AUSM+,” J. Comput. Phys. 129, 364–382 (1996).