雷诺时均模拟的两种转捩模型流动预测

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhujie18604
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在流体动力学计算中,雷诺时均模拟方法由于没有考虑转捩而产生的误差是所有计算误差中重要的组成部分。传统的转捩模型由于难与雷诺时均模拟方法耦合,无法广泛应用于实际模拟中。本文总结了不同的转捩预测方式及它们的缺点,并将两种采用局部变量的转捩模型耦合到基于雷诺时均模拟的湍流求解器中,对比了两个模型的在平边界层内的转捩预测能力,为雷诺时均模拟方法中转捩模型的选择提供参考。计算程序基于有限体积法,采用雷诺时均模拟求解不可压缩牛顿流体的湍流流动,并通过延迟修正法加入高精度离散格式。湍流模型包括k-ω和SST κ-ω两种低雷诺数模型,通过平板边界层算例验证了求解器在边界层流动预测中能够达到足够精度。在此基础上程序中加入了基于经验公式的SST-γ-Reθt转捩模型和基于实验现象的层流动能转捩模型,并进行算例考核。平板边界层转捩流动算例表明:相对于低雷诺数湍流模型,两个转捩模型计算时间增加近50%,收敛速度有所下降。无压力平板边界层流动中,两个转捩模型预测的壁面摩擦系数分布都较为准确,只有在高湍流度情况下,SST-γ-Reθt模型预测精度下降。同时SST-γ-Reθt模型预测的边界层内速度、湍动能变化与实验值有一定差别,特别是在转捩前的层流边界层内。有压力梯度情况下,两个模型壁面摩擦系数预测的转捩起始点都较实验值提前,当转捩发生的顺压区时,层流动能模型的转捩长度较实验值小。边界层内各参数分布情况看,SST-γ-Reθt模型同样无法模拟出转捩前层流边界层内湍动能变化。
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