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《SST湍流模型在高超聲速繞流中的改進》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、兢空學(xué)報ActaAeronauticaetAsfrOnau“caSinicaDec．252012VoI．33No，122192—2201ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．Cnhkxb@buaa．edu．cn文章編號：1000—6893(2012)12-2192—10SST湍流模型在高超聲速繞流中的改進劉景源*南昌航空大學(xué)飛行器工程學(xué)院，江西南昌330063摘要：為模擬高超聲速湍流問題，對剪切應(yīng)力輸運(SST)湍流模型系數(shù)進行了修正。數(shù)值格式采用改進的總變差遞減(T
2、VD)格式，并對湍流模型的負(fù)值強制項進行了隱式處理。在此基礎(chǔ)上計算了繞平板以及具有分離、再附、激波／邊界層干擾等復(fù)雜流動結(jié)構(gòu)的壓縮拐角的高超聲速流動。計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)及半經(jīng)驗公式的對比表明：SST湍流模型引入的雷諾剪切應(yīng)力與湍動能之比為常數(shù)(Bradshaw數(shù))在高超聲速繞流中并不成立。Bradshaw數(shù)修正后的SST湍流模型與原模型相比，所計算的壁面壓力、摩擦阻力和壁面熱流分布更接近試驗結(jié)果。關(guān)鍵詞：湍流模型；數(shù)值模擬；高超聲速；激波；邊界層；熱流中圖分類號：V211．3文獻標(biāo)識碼：A高超聲速飛行器設(shè)計及超燃沖壓發(fā)
3、動機的研制已成為近期國際上高超聲速研究的重點。準(zhǔn)確預(yù)測高超聲速激波／湍流邊界層干擾導(dǎo)致的飛行器表面摩擦阻力和熱流急劇增大對高超聲速飛行器研制具有重要意義。在當(dāng)前及今后一段時期，基于統(tǒng)計平均的二方程湍流模型仍然是飛行器氣動設(shè)計部門廣泛采用的湍流計算模型[1。2]。對于高超聲速可壓縮湍流模型的研究，可歸納為以下幾種方法：1)在不可壓縮模型的基礎(chǔ)上計及平均密度的變化后直接用于高速流動計算。對計算馬赫數(shù)M＆<5．0的繞流以及Ma<1．5的自由剪切湍流常采用該類模型[3]。2)在密度加權(quán)平均(Favr6平均)框架下，忽略黏性系數(shù)
4、、熱傳導(dǎo)系數(shù)的脈動，針對平均流動的控制方程和湍流模型方程中顯式出現(xiàn)的可壓縮項，進行了不同類型的可壓縮修正。該類模型在計算巾得到了較多的檢驗和應(yīng)用(4。5]。3)在上述兩種方法的基礎(chǔ)上，通過修正湍流模型的系數(shù)計及流動的可壓縮性影響b]。4)通過建立附加的微分方程(組)來計及高超聲速湍流的影響¨。7]。5)通過直接數(shù)值模擬評估及改進現(xiàn)有湍流模型計及高超聲速湍流的影響[8‘9]。本文對文獻[103提出的剪切應(yīng)力輸運(SST)二方程湍流模型在高超聲速壓縮拐角繞流計算進行了系數(shù)修正，并應(yīng)用所修正的模型對Ma一9．22的高超聲速平
5、板繞流流動，以及具有分離、再附、激波／邊界層干擾等復(fù)雜流動的34。壓縮拐角及38。壓縮拐角高超聲速繞流流動進行了數(shù)值計算。計算采用了改進型總變差遞減(TVD)格式[11I，并對湍流模型的負(fù)值強制項進行了隱式處理。計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)和半經(jīng)驗公式的計算結(jié)果進行了對比，表明修正的SST湍流模型對激波／湍流邊界層干擾的分離繞流流動可取得更好的計算結(jié)果。收稿日期：2012—05—22；退修日期：2012—08—14；錄用日期：2012—08—28；網(wǎng)絡(luò)出版時間：2012一09-0412：23網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWWcnkinet／k
6、cms／detail／111929V20120904．1223．002．htmI基金項目：國家自然科學(xué)基金(11102079)；航空科學(xué)基金(20111456005)*通訊作者．Tel．：0791—83953393E-mail：jjliouu@163．com荸}用榕武：LiUJy．AnimprovedSSTturbulencemodelforhypersonicflows．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2012，33(12)：2t92-2201．莉景源SST端流模型在高超聲速繞
7、流中的改迸．航空學(xué)報．2012，33(12)：2192—220
8、．劉景源：SST湍流模型在高超聲速繞流中的改進l數(shù)學(xué)模型1．1密度加權(quán)平均Navie卜Stokes方程在笛卡兒坐標(biāo)系下密度加權(quán)平均Navier—Stokes方程可寫成以下形式：盈+避一0(1)dtOx，警+未c犀則u=一差+警c2，絲3t+立Dxj[(五；+兩，]一熹(五m—qJ)(3)式中：上標(biāo)“一”表示雷諾平均，“～”表示密度加權(quán)平均；．0為密度；U：為笛卡兒坐標(biāo)系工，(i一1，2，3)上的速度；萬為壓強，由狀態(tài)方程給出；e為單位質(zhì)量氣體的總能量；∞為
9、分子黏性應(yīng)力項與雷諾應(yīng)力項“之和，即％一c互+／l,)[(差+等)一號占n詈]一9～虧占ilDK式中：肚為分子黏性系數(shù)，由Sutherland公式給出；肚。為渦黏性系數(shù)，由二方程湍流模型確定；K為單位質(zhì)量的湍動能。qj為分子熱傳導(dǎo)項與湍流熱傳導(dǎo)項之和，表達(dá)式為q，一一(頁+At)慧式中：i和A。分別為分子熱傳導(dǎo)系數(shù)和湍流熱傳導(dǎo)系數(shù)
