www.chms.ru - вывоз мусора в Жуковском
Читаемые статьи

Читаемые книги

Ссылки


Главная >  Вычислительная гидроаэродинамика 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

вычислительная гидроаэродинамика

в данной главе предлагается обзор вычислительной гидро-;лэродинамики (ВГАД), причем основное внимание уделяется эффективности затрат, производимых в процессе разработки. Приводится описание некоторых характерных приложений, позволяющих продемонстрировать возможности ВГАД. Выявляется характерная структура уравнений гидроаэродинамики и иллюстрируется процесс превращения этих уравнений в алгоритмы, реализуемые на ЭВМ. Наконец, внимание читателя привлекается к некоторым наиболее важным источникам ин--формации более высокого уровня.

§ l.L Преимущества вычислительной гидроаэродинамики

Процесс установления гидроаэродинамики как науки, а также развития практических приложений этой науки начался и продолжался еще со времен Ньютона. Теоретическое развитие гидроаэродинамики концентрируется в основном на построении и решении определяющих уравнений, пригодных для различных типов течения жидкости или газа, а также на изучении разного рода аппроксимаций по отношению к этим уравнениям.

Определяющие уравнения ньютоновской гидроаэродинамики - нестационарные уравнения Навье - Стокса - известны уже в течение 150 лет или даже более. Однако разработка укороченных форм этих уравнений (гл. 16) по-прежнему остается областью активных исследований, так же как и проблема замыкания осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье -Стокса (см. п. 11.5.2), применяемых в теории турбулентности. В областях неньютоновской гидроаэродинамики, описания химически реагирующих потоков и двухфазных течений теоретические разработки находятся пока что не на столь высоком уровне.

Экспериментальная гидроаэродинамика сыграла важную роль при проверке справедливости и установлении пределов пригодности различных аппроксимаций по отношению к



определяющим уравнениям. Аэродинамическая труба, применяемая как оборудование для проведения эксперимента, является эффективным средством моделирования реальных течений. Традиционно эта труба сыграла роль альтернативы натурным измерениям, позволившей снизить затраты. В процессе проектирования конструкций, существенно зависящих от поведения потока, например при проектировании самолета, натурные измерения как элемент этого процесса не оправдывают себя экономически.

Устойчивое повышение скорости существующих ЭВМ и объема их памяти, начавшееся в 1950-х гг., привело к возникновению вычислительной гидроаэродинамики (ВГАД). Эта ветвь гидроаэродинамики дополняет ее экспериментальную и теоретическую ветви, представляя собой альтернативное и экономически эффективное средство моделирования реальных течений. В качестве такового ВГАД предоставляет возможности проверки теоретических приближений к таким условиям, экспериментальное моделирование которых невозможно. Например, эксперименты в аэродинамических трубах ограничиваются определенным диапазоном чисел Рейнольдса, которые оказываются обычно на один или два порядка величины меньше натурных чисел.

Еще одно преимущество вычислительной гидроаэродинамики состоит в том, что при желании можно отбросить те или иные члены определяющих уравнений. Тем самым открывается путь к опробованию теоретических моделей или, наоборот, выявляются новые пути теоретического исследования.

Появление более эффективных ЭВМ стимулировало интерес к ВГАД, а последняя в свою очередь обеспечила существенное повышение эффективности вычислительной техники. В результате ВГАД стала к настоящему времени наиболее предпочтительным средством проверки качества альтернативных разработок в авиационной промышленности, в промышленности турбодвигателей и в несколько меньшей степени в автомобильной промышленности.

Суммируя выводы работ [Chapman et al., 1975; Chapman 1979, 1981; Green, 1982; Rubbert, 1986], можно утверждать, что ВГАД позволяет получить пять важнейших видов преимущества по сравнению с экспериментальной гидроаэродинамикойг

1) время предварительной подготовки при проектировании и при разработках существенно уменьшается;

2) ВГАД позволяет моделировать условия течения, не воспроизводимые при экспериментальных испытаниях на моделях;



3) ВГАД позволяет получить более широкую и подробную информацию;

4) стоимостная эффективность экспериментов на основе ВГАД по сравнению с испытаниями в аэродинамических трубах непрерывно повышается;

5) применение методов ВГАД позволяет снизить потребление энергии.

Согласно сложившейся традиции, длительные времена предварительного этапа проектирования были связаны с необходимостью осуществления следующих последовательных этапов: составления проекта, создания модели, испытаний в аэродинамической трубе и составления скорректированного проекта. Создание модели оказывается зачастую наиболее медленной стадией этого процесса. Использование хорошо отлаженной программы по методике ВГАД позволяет испытывать серию альтернативных проектов (например, с различной геометрической конфигурацией) в широком диапазоне значений параметров, таких, как число Рейнольдса, число Маха, угол отклонения потока. Расчет каждого варианта может потребовать около 15 мин на таком суперкомпьютере, как CYBER-205 или CRAY-2. Возможности оптимизации проектирования существенно ограничиваются способностью проектировщика к восприятию и оценке численных результатов. На практике ВГАД оказывается чрезвычайно эффективной на ранней стадии отбора среди конкурирующих вариантов проектной конфигурации. Однако подтверждение окончательного выбора проектного варианта все же достигается посредством испытаний в аэродинамической трубе.

Рабберт [Rubbert, 1986] обращает особое внимание на тот факт, что если пакеты стандартных программ ВГАД используются с максимальной эффективностью, то скорость применения методов ВГАД при повторном проектировании второстепенных элементов конструкции оказывается достаточно большой. При этом Рабберт приводит пример, касающийся повторного проектирования внешнего контура кабины самолета Боинг-757 с целью размещения тех же конструктивных элементов, что и в кабине Боинга-767 , но при минимизации времени смены пилота. Как указывает Рабберт, методы ВГАД позволили определить такую внешнюю форму кабины, которая была внедрена в производство еще до того, как была предпринята какая-либо ее экспериментальная проверка в аэродинамической трубе.

Характерным ограничением для испытаний в аэродинамической трубе является достижимое при этом число Рейнольдса



[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165


Чем хороши многотопливные котлы?



Нетрадиционное отопление



Детище отечественной Оборонки



Что такое автономное индивидуальное отопление?



Использование тепловых насосов



Эффективное теплоснабжение для больших помещений



Когда удобно применять теплые полы
© 1998 - 2018 www.300mm.ru.
При копировании материала обязательно наличие обратных ссылок.
Яндекс.Метрика