Cтраница 101 из 129
В то же время поток вблизи поверхности автомобиля и прицепа описан очень приблизительно, ближайшие точки сетки удалены от поверхности почти на 0,3 м, что гораздо больше толщины пограничного слоя и многих мелких деталей на поверхности тела. При такой разрешающей способности даже нечего думать о моделировании турбулентных потоков, существующих в непосредственной близости к поверхности тела.
Кроме того, ограничение потока «каналом» при этом будет неудовлетворительным и возникнут трудности с граничными условиями. Наконец, любая попытка одновременного определения характеристик внешнего потока и потока около поверхности тела (путем введения значительно отличающихся линейных размеров) потребовала бы по крайней мере на два порядка больше точек сетки, чем использовалось Хиртом и Рамшоу. Таким образом, для удовлетворительного описания обтекания реального автомобиля потребуется, по-видимому, сетка с миллионом узловых точек. Это выдвигает невыполнимые требования к вычислительным машинам: не только к размерам памяти, но и к их быстродействию, поскольку время счета при увеличении числа узловых точек растет быстрее, чем по линейному закону. Прогнозируя будущие темпы развития больших ЭВМ, можно утверждать, что необходимые для проведения подобных расчетов машины, которые были бы на три порядка мощнее современных ЭВМ, в обозримом будущем вряд ли появятся. В заключение отметим, что перспективы численного расчета обтекания автомобилей с помощью решения уравнений Навье-Стокса не очень обнадеживающие.
Вероятнее всего, что расчеты будут проводиться по упрощенным моделям, с помощью использования решений для невязкого обтекания при распределении по поверхности тела особых точек, т. е. будут применяться так называемые панельные методы, подобно тому как это делается в авиапромышленности.
Ландал рассмотрел также и некоторые модели, основанные на применении вихревых элементов. Эти модели используются для описания сорванных потоков с помощью расположения в точках отрыва потока дискретных вихрей, характеризующих завихренность потока в пограничном слое. Этот метод по своей природе учитывает изменение характеристик потока во времени и поэтому он позволяет учесть неустановившийся характер сорванных потоков. Первоначально разработанный для расчета двумерных потоков этот метод был впоследствии обобщен на случаи исследования осесимметричных и трехмерных потоков. Однако он имеет один существенный недостаток, заключающийся в том, что заранее надо знать места отрыва потока.
Методы обоих указанных типов весьма привлекательны, и можно надеяться, что они, будучи объединенными вместе, образуют мощный метод расчета внешних потоков. Для увязки этих методов необходимо найти распределение давления панельными методами, решить уравнения пограничного слоя и определить места отрыва потока, которые надо знать для дальнейшего применения вихревых методов. Поскольку характеристики потока определяются только в его завихренной части, нет необходимости исследовать поток вдали от тела, при этом предполагается, что он простирается бесконечно.
Точно также нет никаких серьезных проблем проведения расчетов в случаях набегания потока под углом к направлению движения. Недостатком такого комбинированного подхода является необходимость применения очень большой ЭВМ для описания обтекания типичного автомобиля. Число отдельных панелей и вихрей, которые потребуются для проведения расчетов, будет очень большим. С другой стороны, этот подход может дать вполне приемлемые результаты даже в случае применения современных ЭВМ при исследовании простейших форм. Однако следует подчеркнуть, что сказанное выше пока является всего лишь предположением, эффективность такого комбинированного подхода (паяльный метод — уравнения пограничного слоя — метод дискретных вихрей), предстоит еще проверить на практике.
|