Материал: Ракетно-космическая техника и технология 2015. тез. докл. Российской науч.- техн. конф., посвященной 50-летию первого запуска РН «Протон» 16 июля 1965 года. Федеральное космическое агентство

количества кривых. Это необходимо для построения качественной расчетной сетки и во избежание при генерации проблем, связанных с вырождающимися поверхностями. Дополнительное разбиение каждого сечения БлНА на равное число линий позволяет получить четырехугольные поверхности без острых, стремящихся к нулю, углов. Для удовлетворительного по качеству описания геометрии конфузора и других элементов с переменными сечениями в окружном направлении необходимо построение направляющих кривых (рис. 3).

Рис. 1. Пространственная геометрическая модель корпуса (вид со стороны БлНА)

На основе пространственной модели корпуса построена расчетная область БлНА.

20

Расчетная область БлНА (рис. 4) содержит следующие элементы: подводящий конфузорный участок круглого сечения 1, заканчивающийся «горлом» 2; переходный участок 3 между «горлом» 2 и начальным сечением спиральной камеры 4; «язык» 5, образованный стенкой между переходным участком 3 и окончанием спиральной камеры переменного сечения 6, подающей газ в выходную кольцевую щель 7; выходной кольцевой участок 8 с толщиной кольца, превышающей высоту выходной кольцевой щели примерно в 2 раза.

Рис. 2. Пространственная геометрическая модель корпуса (разрез)

21

Рис. 3. Сечения и направляющие кривые для построения геометрии БлНА

Рис. 4. Расчетная область БлНА

22

Выходной кольцевой участок, имеющий длину, превышающую толщину кольца в 10 раз, добавлен в расчетную область для улучшения сходимости итерационного процесса решения и служит для выравнивания полей давления и скоростей потока в выходном сечении расчетной области. Отсутствие указанного участка приведет к появлению значительных градиентов давления и скорости, что отрицательно скажется на стабильности итерационного процесса.

Тип анализа – статический. Модель турбулентности – SST. Описание расчетной области:

материал – однородное вещество; термодинамическое состояние – газ;

уравнение состояния – идеальный газ с заданными свойствами (молярная масса, удельная теплоемкость при постоянном давлении, динамическая вязкость и теплопроводность); относительное давление – 0 Па.

Граничные условия на входе: режим потока – дозвуковой; полное давление и полная температура;

направление потока – перпендикулярно к плоскости; интенсивность турбулентности – средняя (5 %).

Граничные условия на выходе: режим потока – дозвуковой; среднее статическое давление; разброс значений давлений – 0.05;

тип осреднения давления – по всему выходу. Граничные условия на стенках:

скорость потока равна нулю (условие прилипания); стенка гладкая; стенка адиабатическая.

Проведено исследование влияния параметров расчетной сетки на результаты расчета. Сгенерировано семь вариантов тетрагональной сетки с различными значениями параметров сгущения и различным количеством и толщиной пристеночного слоя из призматических ячеек.

23

Размеры моделей колебались в диапазоне от 4 млн. до 42 млн. ячеек, количество слоев призматических ячеек у стенки – от 10 до 21. Пристеночный слой строился с опцией SmoothTransition.

На каждом из вариантов проведен расчет в CFX по приведенным выше граничным условиям. Остановка решения осуществлялась после того, как флуктуация значений невязок и контрольных параметров стабилизировалась.

По рекомендациям [3] проводился контроль безразмерного параметра Y+, значения которого не должны превышать 200. Также сравнивались интегральные значения скоростей, давлений и температур в различных сечениях.

При разбросе максимальных значений параметра Y+от2400 до 122 (на относительно грубой сетке с минимальным количеством слоев у стенки и на мелкой сетке с максимальным количеством слоев у стенки соответственно) интегральные значения параметров потока для вариантов сетки различаются не более чем на 1 %.

Таким образом, для данной конкретной задачи при заданных геометрии, модели турбулентности и граничных условиях можно сделать вывод о сеточной независимости результатов решения и несущественном влиянии на результаты параметра Y+.

Ниже приводятся результаты, полученные на самой мелкой сетке со следующими параметрами: количество элементов – 42.35 млн. (из них тетраэдров – 15.33 млн., призм – 27.02 млн.); количество призматических слоев у стенки – 21.

Параметры призматических слоев у стенки: TransitionRatio – 0.3; GrowthRate – 1.25.

Врезультате расчета получено пространственное распределение параметров потока в БлНА, хорошо совпадающее с реальной картиной: в области за «языком» по линиям тока и эпюре полного давления на среднем радиусе выходной кольцевой щели хорошо видны завихрения потока и закромочный след (рис. 5).

Всечении спиральной камеры на некотором удалении от «языка» видны вторичные течения, выражающиеся в отклонении векторов скоростей потока у стенок от основного окружного направления в сторону выходной кольцевой щели (рис. 6).

Для понимания сложной структуры потока в БлНА целесообразно помимо интегральных значений основных

параметров БлНА ( 1 и С1) рассматривать изменение этих

24