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基于RANS方法和RANS/LES混合方法的分离流动研究

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摘要

分离流动现象是我们日常生活中常见到的一种湍流现象,无论是在自然界中还是工程实际中都广泛存在。人们为了在看似不规则的旋涡脱落运动中发现某些有序的运动规律,近年来兴起的一类RANS/LES混合方法得到了较多的关注,它们可以在提高RANS预测精度的同时降低LES所需的计算量,获取所关心的非定常流动信息,是一种具有工程应用前景的复杂湍流数值模拟手段。 为了研究分离流动现象,本文采用传统的RANS方法和近几年新起的RANS/LES混合方法,通过不同的分离流动问题对RANS方法与RANS/LES混合方法中的不同模型进行比较,并对模型的优缺点及适用性展开综合评估。进而,结合RANS/LES混合方法的优势,对影响机翼大攻角大分离流动模拟结果的因素进行综合分析。 首先,本文对ONERA M6机翼和DLR-F6翼身组合体两个模型利用RANS方法进行了数值模拟验证,发现RANS方法对于ONERA M6机翼激波诱导的分离以及DLR-F6翼身融合处的分离区模拟精度较差。 接着,本文选用经典的Re=3900圆柱绕流问题对RANS方法与RANS/LES混合方法展开了对比验证,比较后发现SST模型会在流场中计算出过大的涡粘性系数,从而“抑制”了三维旋涡的形成和发展,而RANS/LES混合方法则能够很好地计算出三维涡结构,其中DDES模型的计算误差均在5%以下,相比于其它模型性能更优。 最后,本文进一步对NACA0021翼型大攻角分离流动进行了网格疏密、展长变化、RANS/LES混合方法模型验证的研究。研究发现:随着网格数目的增加,网格尺度越来越小,流场中能捕捉到的涡结构也就越丰富,涡量可以保持到距翼型表面更远的区域;随着机翼展向长度的增加,升力系数与实验结果更接近,流动的三维效应也更加明显;RANS/LES混合方法中的DDES与IDDES模型相比其它混合方法中的模型计算结果误差更小,IDDES模型的升力系数误差仅为0.42%,更能满足一些工程应用方面的计算模拟需要。

著录项

  • 作者

    孙悦;

  • 作者单位

    华中科技大学;

  • 授予单位 华中科技大学;
  • 学科 热能工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 李仁府;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    RANS; 混合方法; LES;

  • 入库时间 2022-08-17 10:41:55

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