Численное моделирование автоколебаний турбулентной струи, истекающей в прямоугольную полость

На примере расчета течения, возникающего при истечении плоской струи в прямоугольную полость ("тупик"), проведено сопоставление возможностей различных подходов к численному моделированию автоколебательных турбулентных течений, характеризующихся глобальными квазипериодическими колебаниями всех параметров потока. Расчеты выполнены для двух режимов течения, первый из которых согласно известным экспериментальным данным является статистически стационарным, а второй - автоколебательным. В обоих случаях для описания турбулентности используются три подхода: метод моделирования крупных вихрей (LES) в сочетании с под сеточной моделью Смагоринского; стационарные и нестационарные уравнения Рейнольдса (SRANS и URANS) с двумя известными дифференциальными моделями турбулентности. Для первого режима все три подхода дают качественно одинаковые и количественно близкие результаты. Для второго (автоколебательного) режима стационарное решение уравнений Рейнольдса удается получить только в половине области с использованием условий симметрии, а в рамках двух других подходов решения оказываются нестационарными. При этом их характеристики, рассчитанные с помощью LES и URANS, существенно отличаются друг от друга, а в случае URANS зависят также от используемой модели турбулентности. Наилучшие результаты для предсказания амплитудно-частотных характеристик автоколебаний дают LES и трехмерные URANS. Аналогичный вывод можно сделать и в отношении параметров осредненного течения. С этой точки зрения наихудшими оказываются результаты расчетов с привлечением условий симметрии на геометрической плоскости симметрии течения.