水洞收缩段流场的数值模拟及优选.pdf

1998 年 6 月 June 1998 第2 卷 第3 期 Journal of Beijing University of Aeronaut ics and Astronaut ics Vol. 2 No 3 吴宗成 陈晏清 万 曦 ( 北京航空航天大学 飞行器设计与应用力学系) 介绍了一种水洞非对称收缩段的数值模拟方法和程序, 算采用有限 体积预估修正格式求解非定常欧拉方程. 结合具体水洞设 对几种典型收缩曲线的 三维流场进行了 算和分析, 给出了沿轴向的压力分布, 出口截面速度分布及分布的 均匀性, 选出最佳曲线, 为水洞的设 提供依据. 结果表明: 本文的 算方法和程序对 于水洞或风洞的三元收缩段, 是有价值的分析和辅助设 手段. 水洞; 数值模拟; 欧拉运动方程; 有限体积方法; 最佳收缩曲线 V 211. 3 收缩段 水洞或风洞的重要组成部分, 除对 水流加速外, 还会直接影响实验段的流场品质, 如 1 湍流度、流动的均匀性等. 收缩段的设计主要涉及 1. 1 以下几个参数: 收缩比( 进口面积和出口面积之 用欧拉方程描述在任意马赫数下的三维非定 比) , 收缩段长度和收缩曲线形状. 其中收缩比由 常无粘流动. 忽略彻体力, 欧拉方程可写成 实验段流场品质要求和经济性之间协调确定; 收 G + F = 0 ( 1) 缩段的长度则希望尽可能短; 至于收缩曲线的形 t 状须使流动不发生边界层分离和局部空穴. 其中G 为相关流动变量、u 、v 、w 和e 组成 本文结合北航设计的PWT ( 低湍流度水洞) 的向量, F 流动通量, 如uv ( x 方向动量在y 进行矩形截面三维收缩段流场的计算和分析. 方向的通量) . PWT 具有两个实验段, 前面的实验段为封闭辅助 实验段, 后面的实验段为敞开上壁的主实验段. 本 u 文在收缩段收缩比和长度固定的前提下, 比较详 G = v w 细地研究了几类收缩曲线的流场. w e th 目前大部分的收缩段流场的研究限于二维或 u v w 轴对称情况, 而实际收缩段往往 三维非轴对称 2 的. 对压缩性较小的低速流动可以有两种处理方 u + p uv uw 2 ri F = uv v + p v w 法, 大多数 把流动近似为不可压流动, 通过求解