ТЕЗА Представлена у форматі PDF Free Download
НАРОДНА ДЕМОКРАТИЧНА РЕСПУБЛІКА Алжир الجمھوریة الجزاي ریة الدیمقراطیة الشعبیة МІНІСТЕРСТВО ВИЩОЇ ОСВІТИ І НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ وزارة التعلیم العالي والبحث العلمي УНІВЕРСИТЕТ BROTHERS MENTOURI ФАКУЛЬТЕТ Кафедра машинознавства TECHNOLOGY THESIS Представлений: BENDERRADJI разок Для отримання ступеня доктора в області механічних інженерних наук Спеціальність: Енергетика Захоплення ударних хвиль та перешкоди ударної хвилі: явище гістерезису Номер замовлення: 09/DS/05. Серія: 08/Meca/05. Захищений: 0// 05 Перед журі у складі: Президент: пан Бушуча Алі Професор Університету Фрере Ментурі КНЕ Доповідач: Пан Бегіджа Абдельхаді Професор Університету Фрере Ментурі КНЕ Екзаменатори: Пан Тальбі Камель Професор Університету Фрере Ментурі КНЕ пан Рахмані Ахмед MCA University LBM Oum el Bouaghi Mlle. Ihaddadène Nabila MCA University M ed Boudiaf M'Sila
У главі 4 описується метод розрахунку стисливих потоків за допомогою представлення цифрових діаграм захоплення ударів. Чисельні методи та засоби, використані при моделюванні. Спочатку ми представляємо основні рівняння Нав’є-Стокеса та їх усереднені рівняння. Далі ілюструються різні моделі турбулентності. Результати чисельного моделювання та їх інтерпретації представлені в главі 5. Чисельний код розрахунку перевіряється на основі тесту для всіх розглянутих проблем. Це було використано для перевірки отриманих результатів. Цей документ закінчується загальним висновком, який узагальнює цілі цієї роботи та основні отримані результати. Запропоновано перспективи продовження цього дослідження. Також до цієї дипломної роботи включено додаткові додатки.
Зміст Зміст. i Таблиця рисунків. ii Список символів. iii. Вступ. Основи дослідження. план дипломної роботи. 4. Презентація різних взаємодій ударної хвилі. 6 . Загальне. 6 . Відриви ударної хвилі. 9.3. Ділянка діаграми відхилення тиску. 4. Різні типи взаємодії ударної хвилі. 4.4. Взаємодія типу I . 5.4 . Опис діаграми відхилення тиску. 5.4. Взаємодія типу II. 6.4.3 Взаємодія типу III. 7.4.4 Взаємодія типу IV. 8.4.5 Взаємодія типу V 0.4.6 Взаємодія типу VI. 0.5 Відображення ударних хвиль у нерухомому потоці. 5. Регулярне відображення в нерухомому потоці. 5. Смугова візуалізація потоку. 5 . Схематичний вигляд. 5.3 Рівняння.3.5.4 Полярне представлення.4.5. Відбиття Маха в нерухомому потоці.5.5 . Стріоскопічна візуалізація потоку. 5.5 . Схематичний вигляд.5.5.3 Рівняння. 6.5.4 Полярне представлення.8 3. Критерії переходу та явища гістерезису у відбиттях ударної хвилі. 3 3. Вступ. 3 3. Перехід між регулярним відображенням і відображенням 35 Маха 3 . Критерії переходу. 37
3. Критерій фон Неймана. 37 3. Критерій відстороненості . 38 3. 3 Звуковий критерій . 39 3 . Подвійна зона. 39 3.3 Явища гістерезису.4 3.3. Кутовий гістерезис. 4 3.3. Гістерезис за Мах. 4 3.3. Інші явища гістерезису.43 3.4 Взаємодія асиметричних ударів 43 3.4. Конфігурації асиметричних взаємодій.44 3.4. Аналітичне дослідження.45 4. Чисельні методи розрахунку стисливих потоків. 55 4. Вступ. 55 4. Методи розрахунку стисливих в’язких потоків 56 4 . Методи захоплення удару.57 4 . Уловлювання ударів, що застосовуються в CFD. 57 4. Діаграми з відцентрованими різницями. 57 4. Діаграми з диференціацією за течією. 58 4 . Ефекти цифрового розсіювання. 6 4.3 Граничні умови. 6 4.4 Прискорення збіжності. 6 4.3 Основні рівняння стисливих рідин. 63 4.3. Усереднені рівняння. 64 4.4 Дискретизація рівнянь методом скінченних обсягів. 67 4.5 Моделі турбулентності.69 4.5 . Модель Болдуїна-Ломакса. 70 4.5. Модель k-ε. 7 4.5.3 Модель k-ω.7 4.5.4 Модель Spalart-Allmaras. 73 4.6 Сітка. 74 4.7 Числовий підхід 74 5. Результати та інтерпретація ... 83 5. Вступ. 83
Список таблиць Таблиця 5- Таблиця 5- Таблиця 5-3 Фізичні параметри вхідного потоку Фізичні параметри вхідного потоку Фізичні параметри вхідного потоку.
Розділ: Вступ 3 Рис. - різні аеродинамічні проблеми, що виникають під час повторного входу в атмосферу [7].
Розділ: Вступ 5 Посилання [] Von Neumann.J. (963). Косе відображення ударних хвиль. Звіт про вибухові дослідження N, відділення флоту 6: 38-99. [] Хорнунг. Х. Ортель. Сандемаа Р. Дж. (979) Перехід до рефлексії Маха ударних хвиль у стійкому та псевдостійкому потоці з розслабленням та без нього. J. Рідина. Мех. 90:54. [3] Горнунг. Х. Робінсон. Форма переходу, регулярна до відбиття Маха ударних хвиль. Частина: Критерій стійкого потоку. Дж. Рідина. Мех. 3: 55-6498. [4] Чпун. А. Пассель. D. Li.H. Бен-Дор. Г. (995). Перегляд косого відбиття ударної хвилі в стійких потоках. Частина: Експериментальне розслідування. J. Fluid Mech. 30: 9-35. [5] Іванов М.М. Гімельшейн. С.Ф.Бейліх. Н. Е. (995). Ефект гістерезису при стаціонарному відбиванні ударних хвиль. Фіз. Рідини, 7 (4): 685-687. [6] Вуйон. Й. Цайтун. Д. Бен-Дор.Г. (996). Чисельне дослідження відбиттів ударної хвилі в стійких потоках. Журнал AIAA, 34 (6): 67-73. [7] Зініу. Ву Ічже. Сюй Ван. Венбін. Руйфен. Ху. (03). Огляд методу виявлення ударної хвилі при подальшій обробці CFD. Китайський журнал аеронавтики, 6 (3): 50-53.
Розділ: Огляд різних взаємодій ударної хвилі 8 Коса ударна хвиля виникає в надзвуковому потоці, коли поверхня змушує потокові лінії змінювати напрямок. Ця зміна напрямку відбувається під кутом, який називається кутом відхилення потоку: "θ" на малюнку вище. Враховуючи, що потік нерухомий, двовимірний і адіабатичний, і що зовнішній вигляд не вступає в дію, ми виводимо з V і V, тангенціальні складові VT і нормальні VNVT = V cos δ VT = V cos (δ-θ) VN = V sin δ VN = V sin cos (δ-θ) Рівняння збереження записуються так: - Маса: ρ VN = ρ V N. - Кількість рухів: p + ρ (VN) = p + ρ (VN) ( проекція на нормаль). VT = VT (проекція на дотичну) .3 - Енергія: h + (VN) = h + (VN) .4 У випадку ідеального газу, ми можемо додати до попередніх рівнянь рівняння стану: p ρ = rt.5 І dh = C p dt.6
Глава: Презентація різних взаємодій ударних хвиль 0 нормальної ударної хвилі. Отже, швидкість є дозвуковою за ударом у цьому місці. З іншого боку, коли ми відходимо від носа перешкоди, потік знову стає надзвуковим від лінії, що називається звуковою лінією: Keyes & al. []. Рис - Ударна хвиля прикріплена і від'єднана []. Емпірична формула Ambrosio & al. [3] наводить відстань відриву на рівні точки зупинки в режимі прикордонного шару: Lengrand та ін. [4] (Re> 400) або не в'язкий, для балона: R nv 4,67 M 0,386 e nv: Відстань відриву R: радіус циліндра або радіус кривизни передньої кромки M: число Маха вище за течією Коли газ тече на надзвуковій швидкості над тупим тілом утворилася відокремлена ударна хвиля. Тому ми можемо мати зворотний зв’язок з інформацією поблизу носа перешкоди (локально дозвуковий потік). Крім того, біліг [5]
Розділ: Презентація різних взаємодій ударної хвилі Як приклад, діаграма (Ρ/Ρ 0,) наведена нижче, малюнок -4, для числа Маха вище за течією, рівного 0, і питомого коефіцієнта нагрівання γ =, 4. У цьому випадку коефіцієнт максимального тиску становить 6,5, а максимальний кут відхилення максимального потоку - 44,43, що відповідає максимальному куту ударного удару, рівному 67,45. Рис -4 ударний полюс для Маха = 0 [6] На ударному полюсі вказані чотири конкретні точки:. Точка А Ударні полюси - це замкнуті криві, симетричні відносно осі = 0 Кут удару, визначений відносно початкового напрямку потоку, тут дорівнює куту Маха, визначеному (0 Ar sin (/ M 0). Коли прагне до 0, нижча швидкість V прагне до швидкості V 0 . Точка N Ця точка відповідає максимальному співвідношенню статичних тисків. Відхилення потоку тоді дорівнює нулю (= 0), що відповідає правому шок (δ = 90), який також називають нормальним шоком.
Глава 3: Критерії переходу та явища гістерезису при відбиттях ударної хвилі 38 Цей можливий перехід відбувається без розриву тиску і може бути сформульований математично наступним чином: 3 0 Цей критерій характеризується даними величиною кута відхилення потоку NN (M 0,) та значення відповідного кута падаючого удару (M 0,) i. 3. Критерій від'єднання Для більш високого значення кута відхилення потоку полюс (R) стає дотичним до осі тиску, див. Малюнок 3-8. Ця ситуація відповідає межі, за якою більше немає рішень для прикріпленого відбитого косого удару. D (M 0,), отже, є максимальним відхиленням, за яке неможливе будь-яке регулярне відображення. Ця межа була запропонована як ще один критерій проходження між відображеннями RR та MR і носить назву критерію відшарування. Його математична формулювання така: 0 D D Зазначено відповідний кут удару, що падає (M 0,) i D 0 Рис. 3-8 Полярне представлення критерію відриву
Розділ 3: Критерії переходу та явища гістерезису при відбиттях ударних хвиль 4 3.3 Явища гістерезису Експериментально підтверджено існування явища гістерезису, що виникає в подвійній зоні під час переходу від регулярного відбиття до відображення Маха і навпаки. Це явище може проявлятися за різних умов: - Збільшення, а потім зменшення кута падаючого удару Використання різних початкових умов відповідно до історії потоку (рівномірне початкове поле, швидке грунтування). 3.3. Кутовий гістерезис Критерії переходу, пов'язані з двома типами перешкод, визначають подвійну зону, в якій теоретично можливі регулярне відбиття та відбиття Маха. Ця подвійна зона представлена на малюнку 3- в площині (M 0,) та в площині (M 0,) і позначає відповідно кут падаючого удару та кут відхилення потоку. Чим більше число Маха, тим більша площа. D D N N Рис. 3- Області різних можливих конфігурацій
Глава 3: Критерії переходу та явища гістерезису при відбиттях ударних хвиль 49 PR (A) PR PR (B) PR RR DiMR PI DiMR DiMR PI DiMR 5 35 5 9. 97 PR PR (C) PR PR (D) RR DiMR PI DiMR RR DiMR PI StMR 5 8. 5 5 0. 87 PR PR (E) PR PR (F) RR DiMR PI InMR RR DiMR PI InMR 5 9 5 6. 89 PR (G) PR 5 InMR PI DiMR RR Рис. 3-3 Різні комбінації ударних полюсів.
Глава 3: Критерії переходу та явища гістерезису у відбиттях ударної хвилі 5 Рис.5 Комбінація ударних полюсів, що ілюструє регулярне відбиття, що включає сильний відбитий удар [6].
Глава 3: Критерії переходу та явища гістерезису при відбиттях ударної хвилі 54 [6] Хан З. Інь X. (993) Динаміка удару. Клювер Дордрехт. [5] Дюран А. (000). Експериментальне та чисельне вивчення явищ гістерезису, пов’язаних із відбиттями поштовхів в гіперзвуковому потоці. Технічний звіт ONERA RT 6/666 DAFE/N. [6] Шанец. B. Рейтинг. М.К. (993). Дослідження перешкод гіперзвукового потоку .onera, Технічний звіт про синтез № 3/436 AY. [7] Дюран. А. (00). Явища гістерезису при ударних перешкодах, у стаціонарних надзвукових та гіперзвукових потоках. Докторська дисертація в Університеті Орлеана. [8] Хаджадж. А. (997). ФІЗИЧНИЙ АНАЛІЗ І ЧИСЛЕННЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЗАСТОСУВАННЯ СТИСНИХ ПОТОКІВ ДЛЯ ГРУНТОВИХ ТРУБ. Докторська дисертація університету Руана.
Розділ 4: Чисельні методи розрахунку стисливих потоків 65 калькуляторів. Для подолання цієї проблеми миттєвий рух слід розбити на середню частину та частину, що коливається. Це розкладання, введене на рівні змінних потоку перед усередненням рівнянь, здійснюється згідно з формалізмом Фавра. Миттєва кількість потоку може бути розкладена згідно Рейнольдса на середню частину і коливальну частину ':' Де t0 t lim (t) dt 4-0 ttt 0 Середнє рівняння Нав'є Стокса може містити додаткові доданки, такі як тензори обмеження Рейнольдса. Ці усереднені рівняння спрощені для стисливих потоків з використанням формули Фавра. Метод Фавра полягає в розбитті миттєвої величини, наприклад складової швидкості u i, на середню частину u
я зважений масою і коливається частиною u "i. u
i ui tt lim (x,) ui (x,) d 4- T T t Формула Фавра усуває коливання щільності, тому вважається математичним спрощенням. У цьому параграфі ми представляємо виведення цих усереднених рівнянь Фавра (усереднені за Фавром рівняння Нав'є-Стокса) та їх дискретизації на основі методу скінченних обсягів, що використовується в коді FASTRAN. Кількості рідини записуються відповідно до середнього значення Фавра в подальшому:
u u u, ', p p p', h h h ", e e
e "4- i i i Замінюючи попередні величини в рівняннях Нав'є, для рівняння безперервності отримуємо: t x j (u
) 0 j Стокса, ми 4-3 Для рівняння імпульсу:
66 Розділ 4: Чисельні методи розрахунку стисливих потоків) (