LES-标量PDF方法可压缩模型研究
作者单位：国防科技大学空天科学学院高超声速冲压发动机技术重点实验室
会议名称：《第十届全国流体力学学术会议》
会议日期：2018年
关 键 词：LES-标量PDF方法 可压缩效应 能量一致性
摘 要：湍流和化学反应的强相互作用给湍流燃烧模拟带来了巨大的挑战。对RANS和LES而言,由于反应源项的强非线性,存在平均或滤波后高阶矩的封闭问题。在输运型概率密度函数方法(transported probability density function,TPDF)中,可以精确处理湍流与化学反应相互作用,能很好的解决因平均或者滤波产生的反应源项及其他非线性项的封闭问题。TPDF方法在不可压流中的发展已经较为成熟,但是在可压缩条件下的研究还比较初步。本文对LES-标量PDF方法中可压缩效应的影响以及能量一致性进行了分析,对焓方程中可压缩源项进行了建模,发展了保持能量一致的可压缩LES-标量PDF方法。在Sod激波管中进行方法验证,分析了可压缩效应的影响,结果表明可压缩源项中压力时间导数项和压力做的流动功对焓方程均有显著影响,在可压缩流模拟中不可忽略;测试了不同网格平均粒子数对PDF计算结果的影响,发现随着粒子数的增加,粒子统计误差会明显减小,且在粒子数过少时,粒子统计误差的积累十分明显,严重影响PDF解的精度。最后采用可压缩LES-标量PDF方法对无反应的二维时间发展混合层进行了数值模拟,并与单独的LES和DNS结果进行了对比。结果显示可压缩LES-标量PDF方法正确预测了平面混合层的发展过程,得到了比LES方法更丰富的细节信息,尤其在亚格子脉动关联项的模拟上PDF方法与DNS计算结果符合良好,体现出了较单独的LES方法的优势。