Анализ эффективности OpenFOAM, COMSOL Multiphysics и Ansys Fluent при моделировании течения в 2D-канале с внезапным расширением

М.Э. Мадалиев; Я.Дж. Ходжаев; Н.А. Носирова; Х.Э. Мухаммадёкубов

doi:10.71310/pcam.5_69.2025.03

Авторы

М.Э. Мадалиев Институт механики и сейсмостойкости конструкций АН РУз Автор
Я.Дж. Ходжаев Республиканский аэрогеодезический центр Узбекистана Автор
Н.А. Носирова Ташкентский университет информационных технологий имени Мухаммада ал-Хоразмий Автор
Х.Э. Мухаммадёкубов Ферганский политехнический институт Автор

DOI:

https://doi.org/10.71310/pcam.5_69.2025.03

Ключевые слова:

уравнения Навье-Стокса, подход РАНС, модель ССТ, OpenFOAM, COMSOL, Multiphysics, Ansys Fluent

Аннотация

В данной статье представлен подробный сравнительный анализ численных результатов задачи 2D резко расширяющегося канала (2DBFS: 2D Backward Facing Step) с использованием современных программных комплексов OpenFOAM, COMSOL Multiphysics и Ansys Fluent. Исследование охватывает комплексное сравнение таких ключевых параметров, как коэффициенты давления (Cp) и трения (Cf) на нижней стенке канала, а также профилей скорости и напряжений Рейнольдса в различных сечениях по длине потока. Для проведения анализа применялась одинаковая расчетная сетка с одинаковыми параметрами дискретизации и схожими численными схемами, что позволило минимизировать влияние сеточных эффектов на результаты вычислений. Основная цель работы заключалась в выявлении программного обеспечения, обеспечивающего наибольшую точность расчетов при моделировании течения в канале с обратным уступом. В ходе исследования были проведены многочисленные вычислительные эксперименты, результаты которых сопоставлены с эталонными экспериментальными данными, представленными NASA. Это позволило оценить достоверность и надежность расчетных методик каждого из исследуемых программных комплексов.

Библиографические ссылки

Polevikov V.K. Monotonnaya raznostnaya skhema povyshennogo poryadka tochnosti dlya dvumernykh uravneniy konvektsii–diffuzii // Zhurnal Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika. Informatika. – 2019. – №3. – S. 71-83. – doi: http://dx.doi.org/10.33581/2520-6508-2019-3-71-83.

Tukmakov D.A. Chislennoye issledovaniye rasprostraneniya udarnoy volny iz odnorodnogo gaza v gazovzves' s periodicheskim raspredeleniyem dispersnoy fazy // Zhurnal Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika. Informatika. – 2024. – №1. – S. 16-28. – https://journals.bsu.by/index.php/mathematics/article/view/5831.

Chigarev A.V., Botogova M.G., Mikhasev G.I. Rasprostraneniye poverkhnostnoy volny okolo sluchayno sherokhovatoy poverkhnosti // Zhurnal Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika. Informatika. – 2023. – №1. – S. 38-48. – doi: http://dx.doi.org/10.33581/2520-6508-2023-1-38-48.

Avdeychik Ye.V., Konon P.N. Chislennoye issledovaniye otnositel'nogo ravnovesiya kapli s odnosvyaznoy svobodnoy poverkhnost'yu na vrashchayushcheysya ploskosti // Zhurnal Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika. Informatika. – 2022. – №3. – S. 79-90. – doi: http://dx.doi.org/10.33581/2520-6508-2022-3-79-90.

Stephanopoulos K., Witte I., Wray T., Agarwal R.K. Uncertainty quantification of turbulence model coefficients in OpenFOAM and Fluent for mildly separated flows // 46th AIAA Fluid Dynamics Conference. – 2016. – 4401 p.

Madaliev M., Yunusaliev E., Abdulkhaev Z., Otakulov B., Yusupov S., Ergashev I., Tohirov I. Comparison of numerical results of linear and nonlinear turbulence models based on the rans approach // E3S Web of Conferences. – 2024. – Vol. 587. – 01003 p.

Madaliev M., Abdujalilova S., Abdulkhaev Z., Usmonov M., Umirzakov Z., Sattorov A., Pulatov K. Comparison of turbulent flow simulation results in 2d backward facing step channel using Ansys Fluent and Comsol ultiphysics programs // BIOWeb of Conferences. – 2024. – Vol. 145. – 03041 p.

Patel V.C., Rodi W., Scheuerer G. Turbulence models for near-wall and low Reynolds number flows-a review // AIAA journal. – 1985. – Vol. 23, No. 9. – P. 1308-1319.

Kim J., Moin P., Moser R. Turbulence statistics in fully developed channel flow at low Reynolds number // Journal of fluid mechanics. – 1987. – Vol. 177. – P. 133-166.

Bradshaw P. Turbulence modeling with application to turbomachinery // Progress in Aerospace Sciences. – 1996. – Vol. 32, No. 6. – P. 575-624.

Rodi W. Turbulence Models and Their Application in Hydraulics: A State-of-the-Art Review // IAHR Monograph. – 1993.

Driver D.M., Seegmiller H.L. Features of Reattaching Turbulent Shear Layer in Divergent Channel Flow // AIAA Journal. – 1985. – Vol. 23, No. 2. – P. 163-171. – doi: http://dx.doi.org/10.2514/3.8890.

Turbulence modeling Resource. NASA Langley Research Center // http://turbmodels.larc.nasa.gov.

Menter F.R. Zonal two-equation k-???? turbulence models for aerodynamic flows // AIAA Paper. – 1993. – 2906 p.

Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model // Turbulence, Heat and Mass Transfer 4. – 2003. – P. 625-632.