Numerical simulation of the interaction of a shock wave with a supersonic laminar boundary layer in the presence of heat and mass exchange with the surface

O.B. Polevoy; D.O. Redchyts

doi:10.34185/1562-9945-5-160-2025-08

Автор(и)

O.B. Polevoy
D.O. Redchyts

DOI:

https://doi.org/10.34185/1562-9945-5-160-2025-08

Ключові слова:

Чисельне моделювання, стрибок ущільнення, ламінарний примежовий шар, тепломасообмін

Анотація

Наведено результати параметричних чисельних експериментів по впливу тепло- та масообміну на відрив потоку при взаємодії косого стрибка ущільнення з ламінарним примежовим шаром. Реалізовано неявний скінченно-об'ємний алгоритм розв’язку рівнянь Нав’є-Стокса, заснований на схемі Roe, із застосуванням обмежувача потоку Jameson. Чисельне моделювання проводилося з метою дослідження можливостей керування відривом потоку за допомогою тепло- та масообміну з поверхнею, що обтікається. На основі аналізу просторових розподілів тиску, профілів густини, динамічного коефіцієнта в'язкості, поздовжніх компонент швидкості і кількості руху в примежових ламінарних шарах виявлено основні чинники, що визначають зміни структури відривної взаємодії в умовах тепло- та масообміну. Показано, що незва-жаючи на різну фізичну природу впливу, тепло-і масообмін з поверхнею надає подібну результуючу дію на розміри та структуру надзвукової відривної зони. Виявлено, що за допомогою тепло- та масообміну є можливим запобігання виникненню відривної зони у двовимірних надзвукових течіях.

Посилання

Chang P.K. Separation of Flow. // Pergamon Press, 1970 – 777 p.

Green J.E. Interactions between shock waves and turbulent boundary layers. // Progress in aerospace sciences. Vol. 11, 1970 – p. 235 340.

Adamson T.C., Messiter A.F. Analysis of two-dimensional interaction between shock waves and boundary layers. // Annual review of fluid mechanics. Vol. 12, 1980. – p. 103-138.

Lewis J.E., Kubota T., Lees L. Experimental investigation of supersonic laminar, two-dimensional boundary-layer separation in a compression corner with and without cooling. // AIAA Journal, V. 6, No 1, 1968 – p. 7-14.

Spaid F.W., Frishett J.C. Incipient Separation of a Supersonic, Turbulent Boundary Lay-er, Including Effects of Heat Transfer. // AIAA Journal, V. 10, No 7, 1972 – p. 915-922.

Back L.H., Cuffel R.F. Shock wave/turbulent boundary-layer interactions with and without surface cooling. // AIAA Journal, V. 14, No 4, 1976 – p. 525-534.

Bernardini M., Asproulias I., Larsson J., Pirozzoli S., Grasso F. Heat transfer and wall tem-perature effects in shock wave turbulent boundary layer interactions // Physical Review Fluids December 2016 – 17 p.

Pasha A.A., Juhany K.A. Effect of wall temperature on separation bubble size in laminar hypersonic shock/boundary layer interaction flows. // Advances in Mechanical Engineering, Vol. 11, No.11, 2019 – P.1–10

Murugesan P, Srikrishnan, Mohammad A., Velamati R.K. Numerical Study of Wall Heat Transfer Effects on Flow Separation in a Supersonic Overexpanded Nozzle // Energies, Vol,16, 1762, 2023 – 16 p.

Yuan X., Tong F., Li W. Wall-attached temperature structures in supersonic turbulent boundary layers // Physics of Fluids, Vol. 34, 115116, 2022 – 14 p.

Hakkinen R.L., Greber I., Trilling L., Arbanel S.S. The interaction of an oblique wave with a laminar boundary layer. // NASA Memo 2-18-59 W. 1959. – 49 p.

Pylypenko A. O., Polevoy O. B., Prykhodko O. A. Numerical simulation of Mach number and angle of attack influence on regimes of transonic turbulent flows over airfoils. // TsAGI Science Journal, Vol.43, No.1, 2012. – P. 1–36.

Tannehill J.C., Anderson D.A., Pletcher R.H. Computational fluid mechanics and heat transfer (Second edition) // Taylor & Francis, New York, 1997. – 785 p.

Roe P.L. Approximate Riemann schemes. // J. Computational Phys. Vol. 43., 1981. – P. 357-372.

Roe P.L. Characteristic-based schemes for the Euler equations. // Annual review of fluid mechanics. Vol. 18., 1986. – P. 337-365.

Jameson A. Analysis and design of numerical schemes for gas dynamics 1: Artificial dif-fusion, upwind biasing, limiters and their effect on accuracy and multigrid convergence // In-ternational Journal of Computational Fluid Dynamics. Vol. 4., 1995 – Р.171-218.