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SST-DES在小分離流動數(shù)值模擬中的改進(jìn)

2014-12-02 02:24:50王翔宇
北京航空航天大學(xué)學(xué)報 2014年9期

王翔宇 李 棟

(西北工業(yè)大學(xué) 翼型葉柵空氣動力學(xué)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710072)

1 問題提出

分離渦模擬[1](DES,Detached Eddy Simulation)是當(dāng)前模擬復(fù)雜航空航天工程問題中分離流動的一種主要方法.作為一種RANS/LES的混合方法,DES將湍流模型中的長度尺度表征為一種壁面距離函數(shù)控制器,邊界層內(nèi)流動仍受雷諾平均方法 (RANS,ReynoldsAveragedNavier Stokes)湍流模型主導(dǎo),并未顯著提高計(jì)算量,而在大尺度分離區(qū)或遠(yuǎn)場簡化為亞格子模型大大降低了湍流黏性,起到類似大渦模擬方法(LES,Large Eddy Simulation)隱式濾波的效果.早期的DES的一個主要問題是模型應(yīng)力損耗(MSD,Modeled Reynolds Stress Depletion)導(dǎo)致的網(wǎng)格誘導(dǎo)分離現(xiàn)象(GIS,Grid Induced Separation),邊界層內(nèi)受到LES方法干擾湍流黏性降低,在小分離流動中出現(xiàn)明顯的非物理分離解[2].為此,文獻(xiàn)[3]提出了延遲分離渦模擬(DDES,Delayed Detached Eddy Simulation),通過引入控制函數(shù)保證邊界層內(nèi)的 RANS求解,延遲了 RANS的作用范圍.

然而很多時候除了壁面上的分離點(diǎn),對邊界層下游的自由剪切層(如翼型的尾跡區(qū))流動信息同樣關(guān)注.從這一點(diǎn)來看,DDES對邊界層內(nèi)RANS的延遲是以犧牲自由剪切層的LES可解性為代價的——延遲得到的較大湍流黏性可能從RANS/LES交界面開始向LES區(qū)作用,干擾了LES的分辨能力,出現(xiàn)了所謂的灰區(qū)[4-5](grey area),如圖1所示.

圖1 理想的DES模擬效果和實(shí)際的DES模擬效果[6]Fig.1 Comparison between the ideal situation and actual situation in DES[6]

從流動特性考慮,對大分離流動,漩渦的劇烈生成發(fā)展衰減耗散的過程同樣是湍動能不斷發(fā)展的過程,這個貫穿整個流場的過程將流動發(fā)展初期的可解信息不斷傳播循環(huán)到整個LES區(qū),形成一個自反饋的機(jī)制使得灰區(qū)變得模……

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