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针对典型分离流动数值模拟的自适应耗散调节方法

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物理学报 2020年第14期69卷 135-149页

作者：李昊刘伟王圣业国防科技大学空天科学学院长沙410073

分离流动是一种复杂湍流现象,其中微小尺度结构的发展演化有着重要的影响,但是湍流数值模拟中数值方法的固有耗散会抑制小尺度流动结构的发展.因此,本文结合延迟分离涡模拟方法,基于五阶耗散紧致格式,通过引入流场相关的调节因子,构造... 详细信息

分离流动是一种复杂湍流现象,其中微小尺度结构的发展演化有着重要的影响,但是湍流数值模拟中数值方法的固有耗散会抑制小尺度流动结构的发展.因此,本文结合延迟分离涡模拟方法,基于五阶耗散紧致格式,通过引入流场相关的调节因子,构造自适应耗散调节方法,使其在大涡模拟区域降低耗散影响以提高对小尺度流动结构的辨识能力,在雷诺平均区域恢复正常耗散水平以保持稳定求解.本文首先通过近似色散关系和涡输运算例说明该方法可有效降低数值耗散影响,同时具有更高分辨率的涡保持能力;随后通过各向同性衰减湍流和平板槽道流动展示了该方法可有效提高对微小流动结构的辨识能力,同时在存在大梯度的流场中可保持求解稳定性;最后求解Re=3900亚临界状态下的圆柱绕流,通过对比流场云图、时均速度和雷诺应力分布曲线,说明了该方法通过减小分离区耗散影响,可有效提高对典型分离流动求解的准确性.

关键词：分离流动延迟分离涡模拟自适应耗散方法耗散紧致格式

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等离子体激励抑制喷管分离流动数值模拟

航空学报 2021年第7期42卷 221-231页

作者：李成成李芳杨斌王莹上海理工大学能源与动力工程学院上海200039 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200039 北京宇航系统工程研究所北京100076

为研究等离子体激励器对喷管分离流动的抑制作用,运用了模拟等离子体激励作用效果的唯象学模型,数值模拟研究了交流介质阻挡放电等离子体和电弧放电等离子体对喷管分离流动的抑制效果,并探究了电弧放电等离子体不同放电热功率密度、不... 详细信息

为研究等离子体激励器对喷管分离流动的抑制作用,运用了模拟等离子体激励作用效果的唯象学模型,数值模拟研究了交流介质阻挡放电等离子体和电弧放电等离子体对喷管分离流动的抑制效果,并探究了电弧放电等离子体不同放电热功率密度、不同放电位置对抑制效果的影响。结果表明:电弧放电等离子体在抑制喷管分离流动方面有更好的效果。当电弧放电等离子体激励器作用于激波与边界层相互作用区的上游时,对分离流动的抑制效果最好;当电弧放电热功率密度较小时,其产生的诱导射流速度很小且不易对分离区的流线产生影响;当电弧放电热功率密度为8×1010 W/m3时,喷管的分离回流区完全消失。

关键词：超声速喷管等离子体分离流动流动控制数值模拟

地效飞行器近波浪地面大迎角飞行分离流动数值研究

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空气动力学学报 2008年第2期26卷 221-226页

作者：屈秋林刘沛清秦绪国北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

数值模拟了地效飞行器近波浪地面大迎角飞行的分离流场,研究飞行高度和地面波浪对气动性能的影响。使用Fluent软件求解非定常可压缩流动的质量加权平均NS方程和标准k-ε湍流模型,使用滑移网格处理地效飞行器和波浪地面间的相对运动。飞... 详细信息

数值模拟了地效飞行器近波浪地面大迎角飞行的分离流场,研究飞行高度和地面波浪对气动性能的影响。使用Fluent软件求解非定常可压缩流动的质量加权平均NS方程和标准k-ε湍流模型,使用滑移网格处理地效飞行器和波浪地面间的相对运动。飞行高度降低,机翼上翼面的附着流动转化为分离流动。波浪地面飞行气动力平均值和水平地面飞行气动力随飞行高度变化的规律完全一致。

关键词：地效飞行器波浪地面分离流动气动性能数值模拟

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翼型结冰状态复杂分离流动数值模拟综述

航空学报 2023年第1期44卷 16-34页

作者：赵宾宾张恒李杰西北工业大学航空学院西安710072 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院上海201210 清华大学航天航空学院北京100084

结冰触发的复杂分离流动将导致翼型气动性能特别是失速特性全面恶化。结冰状态气动特性的准确预测和流动机理的深入剖析依赖于分离流场结构的精确求解。随着计算流体力学特别是湍流模拟方法的不断完善,数值模拟能够更为清晰和完备地反... 详细信息

结冰触发的复杂分离流动将导致翼型气动性能特别是失速特性全面恶化。结冰状态气动特性的准确预测和流动机理的深入剖析依赖于分离流场结构的精确求解。随着计算流体力学特别是湍流模拟方法的不断完善,数值模拟能够更为清晰和完备地反映非定常分离流场的细节特征及物理本质、提供更加翔实和丰富的气动力数据。从雷诺平均(RANS)、大涡模拟(LES)和RANS/LES这3类典型湍流模拟方法的应用层面出发,综合评述了近年来数值模拟研究在翼型结冰状态失速特性预测与分离特征描述等方面取得的主要进展,并从高精度冰形构造、新型湍流模拟方法、深层次非定常特性、实时耦合分析等方面对现阶段研究发展的相关趋势进行总结和展望。

关键词：翼型结冰分离流动雷诺平均(RANS) 大涡模拟(LES) RANS/LES

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采用RANS/LES混合方法研究分离流动

空气动力学学报 2006年第2期24卷 218-222页

作者：肖志祥陈海昕李启兵符松清华大学航天航空学院北京100084

采用结合湍流模式和大涡模拟(LES)的混合方法数值模拟Aerospatial A-profile翼型以及细长椭球体大迎角分离流动。该类混合方法比较适于模拟分离流动:近壁区附体流动采用湍流模式,而远离物面分离区域内的大尺度运动则用LES方法。通过计... 详细信息

采用结合湍流模式和大涡模拟(LES)的混合方法数值模拟Aerospatial A-profile翼型以及细长椭球体大迎角分离流动。该类混合方法比较适于模拟分离流动:近壁区附体流动采用湍流模式,而远离物面分离区域内的大尺度运动则用LES方法。通过计算和实验结果的对比,混合方法切实可行并具有很大的发展潜力。

关键词： RANS/LES混合方法分离流动湍流模式

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喷管分离流动与侧向载荷定常数值模拟

航空动力学报 2008年第11期23卷 2114-2118页

作者：刘亚冰王长辉许晓勇北京航空航天大学宇航学院北京100191 北京动力机械研究所北京100074

利用商业CFD软件,进行了三维、有粘、定常计算,模拟了某液体火箭大面积比喷管地面条件下的分离流动.计算了多个不同入口总压下的工况.其结果预示了该喷管的分离流动在不同入口总压下的激波模态变化,并获得了非对称分离及其造成的侧向载... 详细信息

利用商业CFD软件,进行了三维、有粘、定常计算,模拟了某液体火箭大面积比喷管地面条件下的分离流动.计算了多个不同入口总压下的工况.其结果预示了该喷管的分离流动在不同入口总压下的激波模态变化,并获得了非对称分离及其造成的侧向载荷的分布情况.计算为进一步相关研究打下了基础.

关键词：液体火箭发动机喷管分离流动侧向载荷数值模拟

基于RANS/LES混合方法的分离流动模拟

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航空学报 2020年第8期41卷 177-188页

作者：陈浩袁先旭毕林华如豪司芳芳唐志共中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心绵阳621

飞行器在大迎角、快速俯仰机动时,流场中含有大尺度、非定常的涡结构,传统雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模型不能准确模拟流场结构,根据国际上相关研究的发展趋势,需要采用混合RANS/大涡模拟(LES)模型来对复杂分离流动进行准确模拟。本... 详细信息

飞行器在大迎角、快速俯仰机动时,流场中含有大尺度、非定常的涡结构,传统雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模型不能准确模拟流场结构,根据国际上相关研究的发展趋势,需要采用混合RANS/大涡模拟(LES)模型来对复杂分离流动进行准确模拟。本文对基于分区混合与湍流尺度混合的双重RANS/LES混合计算模型进行发展与应用。通过典型简化模型的静、动态湍流大分离流动,测试和验证所采用的脱体涡模拟(DES)类方法,重点研究改进的延迟DES(IDDES)模型在动态问题应用中的正确性和有效性,并对所采用的数值模拟方法和相应的计算软件的可靠性、鲁棒性以及精度进行了考核验证。典型算例包括超声速圆柱底部流动、跨声速方腔流动、NACA0015机翼深失速分离涡模拟等。计算表明:发展的IDDES类混合计算模型可有效解决对数层不匹配的问题;对于定态非定常分离流动,DES、DDES、IDDES等模型计算结果差别不大,随着流动的非定常特性增强,IDDES模型的优势逐渐显现;对于动态非定常分离流动,则需要采用IDDES类模型。

关键词：非定常流动 RANS/LES混合模型分离流动脱体涡模拟 IDDES模型

多段翼型缝翼前缘结冰大迎角分离流动数值模拟

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航空学报 2017年第2期38卷 51-64页

作者：张恒李杰龚志斌西北工业大学航空学院西安710072

应用基于SST(Shear-Stress-Transport)湍流模型的IDDES(Improved Delayed Detached Eddy Simulation)方法,对大迎角状态下多段翼型缝翼前缘典型角状冰引起的复杂分离流动进行了数值模拟研究。采用后台阶流动标准算例和干净无冰多段翼型... 详细信息

应用基于SST(Shear-Stress-Transport)湍流模型的IDDES(Improved Delayed Detached Eddy Simulation)方法,对大迎角状态下多段翼型缝翼前缘典型角状冰引起的复杂分离流动进行了数值模拟研究。采用后台阶流动标准算例和干净无冰多段翼型分离流动算例对数值方法的可靠性和适用性进行了验证。缝翼结冰状态下的数值模拟结果表明:来流迎角较大时,前缘角状冰将会导致结构相对稳定的流动分离泡产生,分离泡的非定常尾迹会对主翼前缘附近流场产生较为强烈的干扰,抑制了缝道流动的加速效应,使得缝翼增升效率降低。在失速点附近,由于分离泡回流强度随来流迎角而增长,同时脱落旋涡的输运方向逐渐向远离壁面方向偏移,使得尾迹影响区域范围和强度均有所增加。

关键词： IDDES方法多段翼型结冰分离流动湍流旋涡数值模拟

高超声速钝双楔绕流流动转捩与分离流动的壁温影响

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航空学报 2014年第11期35卷 2958-2969页

作者：尚庆陈林李雪袁湘江中国航天空气动力技术研究院北京100074 中国航天科技集团公司北京100037

为研究壁温对吸气式高超声速飞行器进气道转捩流动的影响,选取钝双楔这一典型外形,基于德国Aachen工业大学Thomas与Herbert所开展的双楔高超声速风洞试验,分析了一些已有的计算流体力学(CFD)研究内容,并结合本文不同方法的CFD数值模拟结... 详细信息

为研究壁温对吸气式高超声速飞行器进气道转捩流动的影响,选取钝双楔这一典型外形,基于德国Aachen工业大学Thomas与Herbert所开展的双楔高超声速风洞试验,分析了一些已有的计算流体力学(CFD)研究内容,并结合本文不同方法的CFD数值模拟结果,讨论了不同壁面温度对该双楔模型高超声速绕流流动转捩与流动分离的影响。对于双楔模型,流动分离一般发生在拐角附近,由于流动分离旋涡的剪切作用会诱发流动转捩,转捩又会改变流动分离强度、分离涡尺寸,若分离流动存在非定常特征则将导致非定常旋涡运动与流动转捩的复杂相互作用。通过比较已有文献的CFD数值模拟结果与本文计算结果,表明只有按照转捩思路开展的数值模拟才能够反映该风洞试验情况。计算结果与试验数据的比较显示,文献中按照第一压缩面层流与第二压缩面湍流状态计算得到的结果能够在一定程度上与风洞试验数据相符,本文使用MUSCL格式、剪切应力输运(SST)湍流模型与γ-Reθ关联转捩模型这种计算方法,得到的结果与试验数据符合较好,正确地反映了风洞试验情况。分析还表明,在分离流动之前的区域,随着壁面温度的升高,壁面热流会下降,近壁区域黏性系数变大,边界层内速度剖面不饱满,速度边界层较厚,厚的速度边界层容易发生流动分离现象。

关键词：高超声速钝双楔转捩分离流动壁温