LEGI - UMR 5519 - SIMARC - Проект ANR 2015

• Гідродинамічний тунель
• Цикл PREVERO
• Аеродинамічний тунель низького рівня
• Обертова платформа Коріоліса
• Канал набухання
• Обчислювальні сервери
• Багатофункціональний хвильовий басейн LHF
• Загальна презентація

Наш нагляд

Наші партнери

Пошук

Проект SIMARC - ANR 2015

SIMARC: Моделювання гідродинамічних нестабільностей та вдосконалене моделювання в режимі Кавітанта

Наукові цілі

Цей проект стосується теоретичного та чисельного вивчення гідродинамічних нестабільностей кавітаційних кишень, що розвиваються уздовж твердих стінок. Кавітація кишенькового типу часто спостерігається на поверхнях повітряних крил, таких як підводні крила або лопаті турбінного двигуна. Цей тип потоку сильно нестабільний при закритті кишені, і, залежно від параметрів потоку (частота, кількість кавітацій), спостерігали кілька типів кишень (стабільна кишеня, пульсуюча кишеня тощо). Ці кавітаційні нестабільності були продемонстровані експериментально з досить чіткими роздвоєннями між режимами. Основні механізми, включаючи взаємодію між прикордонним шаром та двофазною зоною змішування, взаємодію з турбулентністю, розповсюдження ударних хвиль, наслідки стисливості досі недостатньо вивчені.

Перший компонент стосується вивчення теоретичної та чисельної нестабільності кавітаційної кишені в турбулентному режимі. Ми будемо шукати задовільного моделювання нестабільностей у лінійному режимі, тобто поблизу порогів появи цих нестабільностей. Ці аналізи стійкості будуть проводитися навколо поля несучої, яке тут буде турбулентним полем рішення рівнянь середнього турбулентного руху (RANS). По-перше, кавітаційний код CFD одного з партнерів буде лінеаризований навколо цього раніше розрахованого стаціонарного рішення. Аналіз стійкості буде проведений методом кліше, де добуток матриці-вектора якобіяна буде апроксимовано методом диференціації, а задача власних значень - методом Крилова-Шура.

З іншого боку, буде проведено турбулентне чисельне моделювання з двома кодами партнерів, щоб знайти різні режими кавітації. Архітектура числового коду схожа (стисливі 1-рідинні коди), але моделі турбулентності та кавітації різні, що дозволяє проводити багаторазові порівняння. Вплив різних моделей (турбулентність та кавітація) сильний і має критичний вплив на результати. Моделювання проводитиметься спільно між партнерами за допомогою регулярних обмінів. Важливим є перетин моделювання та аспект співпраці.

Валідація буде проведена з використанням існуючих експериментальних даних щодо одного з партнерів. У нас є дві геометрії Вентурі з різними режимами кишень і геометрією нападного крила, для яких було реалізовано картографування режимів із використанням методів ортогонального розкладання власного режиму. Ці методи, поєднані з методами декомпозиції в динамічному режимі (із поля потоку на основі аналізу динамічної системи Купмана), дозволяють описати основні фізичні механізми нестабільності браконьєрства. Режими, витягнуті з цього типу техніки, можна інтерпретувати як узагальнення режимів глобальної стабільності, і таким чином ми отримуємо просторово-часовий внесок парових структур, що виділяє нелінійну динаміку між шкалами.

Наукові перешкоди

Двофазний, турбулентний, стисливий, нестійкий характер кавітаційних потоків ускладнює експериментальні та чисельні дослідження кавітації. Моделювання таких фізичних явищ, як термодинамічний шлях та взаємодія з турбулентністю, не є повністю встановленим. Питання, характерні для цифрових методів у цьому типі потоку, також зберігаються. В даний час немає ні передбачуваний та надійний код, здатний імітувати ситуації з кавітацією, що виникають у промисловості.

Моделювання таких фізичних явищ, як термодинамічний шлях під час зміни фази та взаємодія з турбулентністю, не є повністю встановленим. Взаємодія турбулентність-кавітація є дуже погано вивченим та недостатньо документованим явищем (зокрема, через труднощі проведення вимірювань в кавітаційних потоках). Ефекти стисливості, а також ефекти дисперсної фази недостатньо добре вивчені. Звичайні коди розрахунків сформульовані в усередненій системі (RANS) з гіпотезою Буссінеска для моделей турбулентності. Кілька досліджень показали, що ці моделі непридатні для правильного прогнозування динаміки кавітаційних кишень, особливо в малих масштабах.
Ми пропонуємо спочатку використовувати гібридні методи URANS-LES (PANS, SAS, DES, ILES тощо), щоб краще врахувати динаміку потоку. По-друге, буде розроблений широкомасштабний імітаційний підхід, при якому природно беруться до уваги нестабільні явища та може бути обраний рівень деталей турбулентності, які можна безпосередньо змоделювати, і дозволить зробити значний прогрес у моделюванні ці складні двофазні потоки.

Потрібно подолати кілька важких моментів, щоб моделювання великих масштабів стало надійним інструментом і масовим використанням для кавітації:

• моделі закриття та їх інтерфейс з двофазним моделюванням;

• обробка суцільних стін;

• точність, надійність та ефективність чисельних методів.

Цей проект пропонує вирішити всі ці компоненти моделювання та внести оригінальні внески.

Очікувані результати

Очікувані результати цього проекту такі: