Ключевые слова
синтетическая турбулентность
разностные схемы
сохраняющие дисперсионные соотношения
Как цитировать
Аннотация
в работе представлена методика численного моделирования акустических возмущений, возникающих в результате рассеяния искусственно сгенерированных турбулентных полей на криволинейных препятствиях. Для расчетов применялись схемы, сохраняющие дисперсионные соотношения, широко используемые в задачах вычислительной аэроакустики. Эти разностные схемы имеют широкий шаблон, обеспечивающий их высокую точность и сеточное разрешение высоких гармоник. С учетом широкого шаблона схемы в центре внимания работы находится проблема постановки численных граничных условий на поверхности твердого тела. Авторы применяют подход, связанный с использованием фиктивной точки (ghost point), расположенной за пределами расчетной области, внутри области твердого тела рядом с границей. Получены новые теоретические результаты для случая криволинейных границ. При задании искусственного турбулентного поля применялась ранее разработанная авторами технология тензорной фильтрации белого шума, адаптированная к двумерной постановке задачи. Приведены результаты выполненного с помощью данной методики моделирования рассеяния турбулентного следа на эллиптическом цилиндре с образованием волн давления.
Литература
Tam C. K. W., Webb J. C. Dispersion-Relation-Preserving Finite Difference Schemes for Computational Acoustics. J. Comput. Phys. 1993;107:262–281.
Александров А. В., Дородницын Л. В. Прямой тензорный метод фильтрации для генерации синтетических турбулентных полей скорости. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2021;95. 15 с. DOI: 10.20948/prepr-2021-95.
Александров А. В., Дородницын Л. В. Использование аэроакустических схем высокой точности на регулярных сетках для моделирования вязких течений. Матем. моделирование. 2017;29(1):63–83.
Tam C. K. W., Dong Z. Wall Boundary Conditions for High-Order Finite-Difference Schemes in Computational Aeroacoustics. Theoret. Comput. Fluid Dynamics. 1994;6:303–322.
Berland J., Bogey C., Marsden O., Bailly C. High-Order, Low Dispersive and Low Dissipative Explicit Schemes For Multiple-Scale and Boundary Problems. J. Comput. Phys. 2007;224:637–662. DOI: 10.1016/j.jcp.2006.10.017.
Tam C. K. W. Computational Aeroacoustics: A Wave Number Approach. Cambridge University Press; 2012.
Marsden O., Bogey C., Bailly C. High-Order Curvilinear Simulations of Flows Around Non-Cartesian Bodies. J. Comput. Acoustics. 2005;13(4):731–748. DOI: 10.1142/S0218396X05002906.
Marsden O., Bogey C., Bailly C. Direct Noise Computation around a 3-D NACA 0012 Airfoil. AIAA 2006-2503. DOI: 10.2514/6.2006-2503.
Александров А. В., Дородницын Л. В. Методика моделирования искусственных турбулентных полей высокоточными схемами на криволинейных сетках в присутствии твердых границ. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2025;20. 20 с. Режим доступа: https://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2025-20.
Kraichnan R. Diffusion by a Random Velocity Field. Phys. Fluids. 1970;13(1):22–31.
Shur M. L., Spalart P. R., Strelets M. K., Travin A. K. Synthetic Turbulence Generators for RANS-LES Interfaces in Zonal Simulations of Aerodynamic and Aeroacoustic Problems. Flow Turbulence Combust. 2014;93(1):63–92. DOI: 10.1007/s10494-014-9534-8.
Gea-Aguilera F., Gill J., Zhang X. Synthetic Turbulence Methods for Computational Aeroacoustic Simulations of Leading Edge Noise. Comp. Fluids. 2017;157:240–252. DOI: 10.1016/j.compfluid.2017.08.039.
Shen Z., Zhang X. Direct Anisotropic Filter Method of Generating Synthetic Turbulence Applied to Turbulence-Airfoil Interaction Noise Prediction. J. Sound Vibr. 2019;458:544–564. DOI: 10.1016/j.jsv.2019.07.003.
Kerschen E. J., Gliebe P. R. Noise Caused by The Interaction of a Rotor with Anisotropic Turbulence. AIAA Journal. 1981;19:717–723.
Александров А. В., Дородницын Л. В. Численное моделирование образования отраженных акустических волн при взаимодействии турбулентного следа с прямоугольным профилем. Прикладная математика и информатика. 2024;75:52–65.