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压缩性修正对γ-re_θ转捩模型的影响研究

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空气动力学学报 2015年第5期33卷 603-609页

作者：夏陈超姜婷婷郭中州陈伟芳浙江大学航空航天学院浙江杭州310027

将基于流场当地变量的γ-reθ转捩模型加入可压缩RANS方程计算程序,对平均流场控制方程、湍流和转捩控制方程进行基于LU-SGS的隐式紧耦合求解。结合三种压缩性修正方法对高超声速平板、双楔和圆锥流动进行了数值模拟,给出了壁面斯坦顿... 详细信息

将基于流场当地变量的γ-reθ转捩模型加入可压缩RANS方程计算程序,对平均流场控制方程、湍流和转捩控制方程进行基于LU-SGS的隐式紧耦合求解。结合三种压缩性修正方法对高超声速平板、双楔和圆锥流动进行了数值模拟,给出了壁面斯坦顿数、热流值和实验值的比较,以及湍动能和间歇因子分布云图。数值计算结果表明,相同来流湍流度下不同压缩性修正方法得到的转捩位置差别较大。相比于未修正的模型,基于当地马赫数压缩性修正后的转捩位置最靠后,其对带有分离的双楔流动预测较为准确;基于来流马赫数的压缩性修正仅使得转捩位置稍有延迟;对湍动能源项的压缩性修正可提高模型在转捩后湍流段的热流预测精度。

关键词：高超声速 RANS方程 γ-reθ转捩模型紧耦合压缩性修正

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γ-reθ转捩模型的可压缩扩展

γ-Reθ转捩模型的可压缩扩展

基于非线性涡黏假设的γ-reθ转捩模型和γ转捩模型研究

第十一届全国流体力学学术会议

作者：刘周石磊周伟江中国航天空气动力技术研究院

基于γ-re转捩模型的基本框架,构建额外的基于参考温度法的雷诺数可压缩性比拟关系f输运方程,利用可压缩性比拟关系修正现有的基于不可压缩流动的转捩关联函数,并针对已有的转捩准则引入以参考温度和边界层边缘马赫数为参数的可压缩性... 详细信息

基于γ-re转捩模型的基本框架,构建额外的基于参考温度法的雷诺数可压缩性比拟关系f输运方程,利用可压缩性比拟关系修正现有的基于不可压缩流动的转捩关联函数,并针对已有的转捩准则引入以参考温度和边界层边缘马赫数为参数的可压缩性修正函数,建立考虑流动可压缩性的γ-re-f转捩模型,从而以较小的计算代价实现γ-re转捩模型向高超声速可压缩流动的扩展,实现转捩模型从低速流动到高速流动的无缝统一模拟能力。数值算例表明,在超声速和高超声速流动转捩的预测上γ-re-f模型优于基本γ-re模型,随着马赫数降低,γ-re-f模型恢复为基本γ-re模型。

关键词：流动转捩高超声速 γ-reθ转捩模型参考温度法边界层

来源： cnki会议评论

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基于非线性涡黏假设的γ-Reθ转捩模型和γ转捩模型研究

作者：姚冉北京理工大学

学位级别：硕士

转捩预测是目前湍流研究的重要课题。飞行器的黏性阻力预测以及其它技术应用问题都在不断地吸引着人们对转捩预测进行数值和实验研究。为了更准确地模拟边界层从层流到湍流的转捩过程,本文利用用户自定义函数实现了基于非线性涡黏假设的... 详细信息

转捩预测是目前湍流研究的重要课题。飞行器的黏性阻力预测以及其它技术应用问题都在不断地吸引着人们对转捩预测进行数值和实验研究。为了更准确地模拟边界层从层流到湍流的转捩过程,本文利用用户自定义函数实现了基于非线性涡黏假设的SST(Shear Stress Transport)k-ω两方程湍流模型,并把该模型引入到γ-re转捩模型和γ转捩模型中,以研究非线性涡黏效应所引起的流线曲率和旋转效应、雷诺应力的各向异性等对转捩的影响。由于转捩预测需要用当地变量进行转捩判据,选用当地变量模拟结果更好的湍流模型,可以提高转捩位置预测精度。同时γ-re转捩模型的部分经验关系式相关系数与目前转捩模型发展的需求已经不太适应,需进行重新标定。为此本文还对γ-re转捩模型的临界动量厚度雷诺数re经验关系式中的系数及其它相关系数对转捩起始位置以及升力阻力特性的影响进行了研究,以实验结果重新标定系数从而改善γ-re转捩模型预测精度。首先,研究了非线性涡黏和临界动量厚度雷诺数经验关系式的修正方法。非线性涡黏关系是通过分别在动量方程、k和?方程的源项中加入雷诺应力非线性项来实现的。而临界动量厚度雷诺数经验关系式修正则是通过用户自定义函数将临界动量厚度雷诺数经验关系式及其相关系数加入现有程序并用重新标定值替换现有的系数值来实现。其次,开发了基于非线性涡黏假设的γ-re转捩模型。以S809翼型为例,研究了雷诺应力非线性项表达式和临界动量厚度雷诺数经验关系式中各系数对转捩位置以及气动特性的影响,并且以S809翼型的实验结果对临界动量厚度雷诺数经验关系式中的各系数进行了标定,得到了系数修正后的非线性涡黏γ-re转捩模型,使用该转捩模型模拟了低速二维平板和S809翼型的绕流场,并与风洞实验对比。对比结果表明,系数修正后的非线性涡黏γ-re转捩模型,上表面和下表面的转捩位置预测精度与非线性涡黏γ-re转捩模型相比分别提高了5%和1.5%。阻力和升力系数的模拟精度也有一定的提高,特别是在大攻角下由于模型考虑了非线性涡黏效应,得到的流场更合理,因此升力系数的预测精度与线性涡黏模型相比提高了21.1%。最后,发展了基于非线性涡黏假设的γ转捩模型。并采用线性和非线性涡黏假设γ转捩模型模拟了低速二维平板、S809翼型和三维旋转尖锥绕流,与实验结果以及非线性涡黏γ-re转捩模型对比结果表明:非线性涡黏γ转捩模型也能较好的预测转捩位置,相对于线性涡黏γ转捩模型,S809翼型算例上表面转捩位置的预测精度提高了30%,但上、下表面转捩位置的预测精度低于非线性涡黏γ-re转捩模型;由三维尖锥算例的对比发现γ转捩模型由于考虑了横流转捩效应,因此可以模拟由于旋转引起的转捩位置偏转,而非线性涡黏γ-re转捩模型不能模拟此现象;非线性涡黏γ转捩模型较线性模型的预测精度更高,其侧向力系数的精度与线性模型相比提高了6%。

关键词： γ-reθ转捩模型 γ转捩模型转捩非线性涡黏模型数值模拟

基于γ-reθ转捩模型的翼型低雷诺数气动特性计算

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基于γ-Reθ转捩模型的翼型低雷诺数气动特性计算

可压缩修正γ-reθ模型在高超声速边界层转捩预测中的应用与验证研究

北京力学会第二十二届学术年会

作者：刘强刘周白鹏中国航天空气动力技术研究院

采用带预处理技术的Roe方法,结合γ-re转捩模型求解可压缩N-S方程,对E387翼型低雷诺数流动展开数值模拟。数值方法获得的气动力系数与风洞试验结果吻合较好,表明本文的γ-re转捩模型可以较准确计算出翼型低雷诺数下的气动特性。

关键词： γ-reθ转捩模型低雷诺数气动特性

来源： cnki会议评论

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空天技术 2022年第4期2022卷 40-48页

作者：张红军李海群康宏琳罗金玲北京空天技术研究所

为了提高γ-re转捩模型在高超声速流动中的预测精度，针对原始经验关联公式提出了基于转捩动量厚度雷诺数和压力梯度参数的可压缩修正，并探讨了不同修正方式在不同高超声速转捩流动中的适用性。针对尖双楔平板、尖锥等典型高超声速转... 详细信息

为了提高γ-re转捩模型在高超声速流动中的预测精度，针对原始经验关联公式提出了基于转捩动量厚度雷诺数和压力梯度参数的可压缩修正，并探讨了不同修正方式在不同高超声速转捩流动中的适用性。针对尖双楔平板、尖锥等典型高超声速转捩流动的计算结果表明，与原始模型相比，可压缩修正转捩模型能显著提高高超声速边界层转捩预测精度，其中针对压力梯度的可压缩修正主要提高了边界层逆压梯度对于马赫数的敏感性，使得转捩位置提前，适用于常规激波风洞中的高超声速尖锥边界层转捩过程。针对转捩动量厚度雷诺数的可压缩修正主要是提高临界转捩动量厚度雷诺数，推迟转捩发生位置，适用于层流分离泡诱导的高超声速边界层转捩过程。

关键词： γ-reθ转捩模型可压缩修正压力梯度转捩动量厚度雷诺数高超声速边界层转捩

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大雷诺数下对称翼型的转捩判断与规律研究

太阳能学报 2024年第1期45卷 326-333页

作者：杨从新张根豪李寿图郭艳磊岳念西刘文杰兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 甘肃省风力机工程技术研究中心兰州730050 东方电气集团东方电机股份有限公司德阳618000

围绕翼型的转捩问题,以NACA0012、NACA0015、NACA0018三种不同厚度的对称翼型为研究对象,基于TSST湍流模型的数值模拟方法,提出基于湍流强度的转捩判断方法并研究在5种大雷诺数条件下翼型表面流动的转捩规律,以期为风力机叶片设计提供... 详细信息

围绕翼型的转捩问题,以NACA0012、NACA0015、NACA0018三种不同厚度的对称翼型为研究对象,基于TSST湍流模型的数值模拟方法,提出基于湍流强度的转捩判断方法并研究在5种大雷诺数条件下翼型表面流动的转捩规律,以期为风力机叶片设计提供新的参考思路。研究表明,基于湍流强度的转捩判断方法是有效、可行的,使用翼型表面湍流强度曲线的阶跃现象观测转捩,可有效避免转捩前流动扰动带来的影响。同时利用湍流强度的变化情况可为风力机叶片设计寻找最佳设计参数。研究发现,增大攻角和雷诺数使得翼型上翼面转捩位置前移、下翼面转捩位置后移。此外,随着攻角的减小、雷诺数的增大、翼型表面厚度的增加,在翼型转捩前的流动逐渐稳定。

关键词：转捩风力机计算流体力学 γ-reθ转捩模型雷诺数湍流强度

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低雷诺数翼身融合布局数值研究

中国科技期刊数据库工业A 2024年第10期 0167-0173页

作者：苗帅王红波夏贞锋仪志胜中国航天空气动力技术研究院创新与应用中心北京100074

利用与SST k~ω耦合的γ-reθ转捩模型对低雷诺数条件下翼身构型展开研究,揭示了不同翼身构型在低雷诺数条件下的翼身干扰特性。基于Naca0012翼型的对翼身融合处展开优化设计,较好的改善了模型在小迎角范围部件间的干扰特性,提升了对应... 详细信息

利用与SST k~ω耦合的γ-reθ转捩模型对低雷诺数条件下翼身构型展开研究,揭示了不同翼身构型在低雷诺数条件下的翼身干扰特性。基于Naca0012翼型的对翼身融合处展开优化设计,较好的改善了模型在小迎角范围部件间的干扰特性,提升了对应状态下的升阻特性:优化后的构型在α=4°和α=6°时升阻比分别提升约3.57%和4.61%,且失速后的升力变化更为平缓。但融合布局的翼根在大迎角状态下产生了较强的前缘分离涡,气动特性有所下降。本文的研究结果为此类高空长航时无人机的翼身融合布局设计提供了一定的参考。

关键词：翼身干扰低雷诺数翼身融合大展弦比无人机 γ-reθ转捩模型

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高超声速转捩模型在高精度数值算法中的应用

高超声速转捩模型在高精度数值算法中的应用

作者：谢春晖国防科技大学

学位级别：硕士

目前高超声速飞行器越来越受到各军事强国的重视,成为制胜空天改变战争格局的杀手锏武器。其中,湍流/转捩问题的准确预测是高超声速飞行器研制亟需突破的关键基础科学问题。本文基于γ-re转捩模型进行改进以在WCNS高精度软件平台上发展... 详细信息

目前高超声速飞行器越来越受到各军事强国的重视,成为制胜空天改变战争格局的杀手锏武器。其中,湍流/转捩问题的准确预测是高超声速飞行器研制亟需突破的关键基础科学问题。本文基于γ-re转捩模型进行改进以在WCNS高精度软件平台上发展出一种准确、便捷的高超声速转捩预测模型。γ-reθ转捩模型是一种基于局部变量建立的转捩模型,本文将γ-re转捩模型同SST湍流模型进行结合,构造了四方程转捩预测模型。本文研究内容主要分三部分:首先针对SST湍流模型进行研究。对比了SST湍流模型在2阶MUSCL格式和5阶WCNS格式下的表现,发现采用WCNS高精度数值算法模拟湍流/转捩问题具有如下特点:能够降低对网格量的需求,减少计算花费;对流场细微结构具有更高的分辨率。然后评估了Zeman、Wilcox、Brown、Catris等提出的SST可压缩修正方法在高超声速湍流模拟中的表现,发现它们难以在高超声速混合层和高超声速平板算例中同时表现良好。所以本文结合Brown提出的膨胀耗散修正和Catris提出的密度修正,提出一种SST-comp的可压缩修正方法,并进行了算例验证,表现较好。然后基于WCNS高精度软件平台构建了γ-re转捩模型,并对γ-re转捩模型进行了经验公式的标定。接着对γ-re转捩模型进行了可压缩修正适用性研究,在高超声速平板、直锥和裙锥中进行了验证。最后,探索将γ-reθ转捩模型和LST结合起来,在S&K算例中成功实现了二者的结合,降低了γ-reθ转捩模型对经验公式的依赖,能够准确、快捷地对转捩进行预测。

关键词：高超声速 SST湍流模型 γ-reθ转捩模型 LST WCNS高精度数值算法

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用转捩模型预测转捩及确定最佳粗糙带高度

航空计算技术 2012年第5期42卷 75-79页

作者：成婷婷张正科屈科西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家重点实验室陕西西安710072

采用SST k-ω二方程湍流模型,附加γ-reθ转捩模型对不同迎角下的NACA0012翼型绕流进行了转捩预测,计算预测的转捩位置与实验结果符合较好,说明γ-reθ转捩模型对转捩位置具有较好的预测能力。进一步用模型对带有粗糙带的翼型进行转捩预... 详细信息

采用SST k-ω二方程湍流模型,附加γ-reθ转捩模型对不同迎角下的NACA0012翼型绕流进行了转捩预测,计算预测的转捩位置与实验结果符合较好,说明γ-reθ转捩模型对转捩位置具有较好的预测能力。进一步用模型对带有粗糙带的翼型进行转捩预测,获得了不同雷诺数下刚好激发转捩又不引起过大局部压力扰动和附加阻力的最低粗糙带高度,对固定转捩风洞实验有指导意义。

关键词：转捩 TransitionSST四方程模型粗糙带 γ-reθ转捩模型