SST-DDES模型在大分离流动问题中的应用.docxVIP

SST-DDES模型在大分离流动问题中的应用

胡偶;赵宁;沈志伟

【摘要】ThenumericalmethodforsolvingNavier-StokesequationsisdevelopedbasedontheSSTk-wturbulencemodelandthedelayeddetached-eddysimulation(DDES).Meanwhile,thepreconditioningtechniquecoupledwithimplicitdualtimesteppingapproachisimplementedtosimulatelargeseparatedflowswithlowspeedandhighReynoldsnumber.Lowspeedflowoveradeltawingandseparationflowsarounda6:1prolatespheroidaresimulated.Thesimulatedcomplexvortexstructuresagreewellwithphysicalanalyzedresultsandexperimentaldata.%采用基于SSTk-w湍流模型耦合延迟脱体涡模拟技术(Delayeddetached-eddysimulation,DDES)的SST-DDES模型,数值求解Navier-Stokes方程.并针对低速流动问题,发展了基于隐式双时间步方法的低速预处理技术,用于数值模拟低速、高雷诺数湍流大分离流动问题.数值模拟了低速大迎角三角翼绕流及大迎角6∶1椭球绕流,观察到与物理现象相一致的旋涡特征,且得到的定量数值结果与实验数据相吻合.

【期刊名称】《南京航空航天大学学报》

【年(卷),期】2017(049)002

【总页数】6页(P206-211)

【关键词】SSTk-w湍流模型;延迟脱体涡模拟;预处理;Navier-Stokes方程;分离流动

【作者】胡偶;赵宁;沈志伟

【作者单位】中国直升机设计研究所,景德镇,333000;南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016;南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016

【正文语种】中文

【中图分类】V211

在直升机、固定翼等飞行器设计领域，大分离流动和旋涡主导流动是经常会遇到的流动现象，如飞机大迎角飞行时机翼后部形成分离涡、直升机旋翼脱出的尾迹涡等，这些脱体涡结构在形成、发展、破碎等过程中，存在着复杂的流动机理，在整个流场中起着主导作用。因而，开展湍流大分离流动问题研究，具有实际的工程应用价值，而在数值计算技术方面，建立高效、高精度的数值模拟技术，形成能够有效模拟高雷诺数大分离流动问题的方法，将是一项十分有意义的工作。

雷诺平均Navier-Stokes(ReynoldsaverageNavier-Stokes,RANS)方程耦合湍流模型(如SA一方程模型、SSTk-ω两方程湍流模型)，在处理高雷诺数湍流问题中得到了广泛且成功的应用，但是对于湍流大分离流动问题，该方法面临不小的技术障碍。目前，大涡模拟技术[1](Largeeddysimulation，LES)被认为是处理存在涡结构流动问题的有效方法，但是由于其网格需求量大、计算耗时，在工程应用方面依然未能得到广泛的推广应用。为解决工程实际的需要，针对这一情况，Spalart[2]提出了一种脱体涡模拟(Detachededdysimulation,DES)技术，并将其应用于SA湍流模型，其核心思想是在近壁面附着涡主导区域仍采用RANS的湍流模型，在离开物面附近的脱体涡主导区域采用大涡模拟(Largeeddysimulation,LES)。之后,Strelets[3]结合两方程SST湍流模型发展了SST-DES模式，围绕典型大分离流动基础算例，开展了SST-DES、SA-DES以及URANS结果的详细比对。Menter等人[4]改进了Strelets发展的SST-DES模式，给出了一种SST-DDES实现模式。Spalart[5]对DES技术优缺点与发展方向做了综述性报告。国内陈龙[6]，刘学强[7]等也对DES技术展开了应用研究。

网格自适应技术[8](Adaptivemeshrefinement，AMR)通过设置自适应判据，能够动态地跟踪、捕捉、保持流场特征。因此，AMR结合DES技术，基于流场的涡特征，能够在旋涡集中区域布置合适的网格尺度，从而成为处理大分离流动问题的有效方法。文献[9]中介绍了一种自适应混合笛卡尔网格(AdaptivehybridCartesia