شبیه‌سازی عددی جدایش جریان در یک نازل سهموی بهینه تراست

جریان گازها در نازل‌های سهموی بهینه‌تراست در شرایط فرامنبسط از فیزیک پیچیده‌تری نسبت به سایر نازل‌ها برخوردار است. تخمین صحیح عملکرد این نازل‌ها تا حدود زیادی به تخمین دقیق محل جدایش جریان وابسته است. مدل‌های آشفتگی معادلات ناویر-استوکس متوسط‌گیری شده رینولدز متداول به خاطر تخمین بالادستی تولید انرژی جنبشی آشفتگی در پیش‌بینی محل جدایش جریان در این نوع نازل‌ها با خطای قابل توجهی مواجه‌اند. اخیراً حالت عمومی‌شده مدل آشفتگی انرژی جنبشی آشفتگی- نرخ اتلاف مخصوص که توسط منتر ارائه شده با بکارگیری پارامترهای قابل تنظیم، امکان تصحیح شبیه‌سازی عددی را بر اساس فیزیک حاکم و بکارگیری نتایج محدود تجربی فراهم کرده است. در تحقیق حاضر، به شبیه‌سازی عددی فیزیک جریان در نازل سهموی بهینه تراست با مدل آشفتگی عمومی شده انرژی جنبشی آشفتگی- نرخ اتلاف مخصوص پرداخته شده است. ابتدا خطای فاحش مدل‌های آشفتگی متداول برای شبیه‌سازی جدایش جریان در این نوع نازل در شرایط فرامنبسط نشان داده شده است. سپس، پارامترهای حاکم بر این مدل عمومی شده با بکارگیری نمونه‌ای از نتایج تجربی نازل سهموی بهینه‌تراست، اصلاح شده و قابلیت این مدل برای تخمین فیزیک جریان در این نازل در شرایط مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی‌های عددی نشان می‌دهد که مدل آشفتگی اصلاح شده برای تخمین دقیق فیزیک جریان و محل جدایش جریان از قابلیت بالایی برخوردار است، به‌طوری‌که بکارگیری مدل اصلاح شده همراه با ضرایب جدید باعث بهبود حدود 30 درصدی در تخمین محل جدایش نسبت به مدل مبنای انرژی جنبشی آشفتگی- نرخ اتلاف مخصوص، شده است.

numerical simulation of flow separation in a thrust optimized parabolic nozzle

complex flow separation in thrust optimized parabolic nozzles in the over-expanded condition is one of the challenging issues of many numerical investigations. the correct estimation of a thrust optimized parabolic nozzle performance extremely depends upon the accurate estimation of the onset of flow separation. literature review indicates that conventional reynolds-averaged navier–stokes turbulence models have a significant error in predicting the onset of flow separation in these types of nozzles due to the overestimating of turbulent kinetic energy production. recently proposed generalized k-omega has made it possible to rectify numerical simulations based on governing physics and using limited experimental results. in the present study, the flow physics in the lea_toc nozzle has been investigated with the numerical simulation approach. at the first, the significant error of conventional reynolds-averaged navier–stokes turbulence models is shown to simulate flow separation in this type of problem. then, the generalized k-omega parameters are modified based on the limited experimental result of the lea_toc nozzle, and the ability of this model has been evaluated to estimate the flow physics under different pressure ratios. numerical investigations show that generalized k-omega has a high capability for accurately estimating the onset of flow separation at a wide range of nozzle pressure ratios. applying the corrected generalized k-omega has resulted in an improvement of about 30% in the estimation of the onset of separation in the over-expanded lea_toc nozzle compared to the k-ω-sst model.