本文關(guān)鍵詞：大渦模擬在復(fù)雜流場中的計算與分析

  更多相關(guān)文章： 大渦模擬 超聲速湍流 大尺度運動 激波附面層干擾 邊界層 分離誘導(dǎo)轉(zhuǎn)捩

【摘要】：半個多世紀(jì)以來,盡管航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機已被廣泛應(yīng)用,但是葉輪機械中葉片附面層的復(fù)雜流動仍然沒有被完全理解。對于高性能發(fā)動機的設(shè)計來說,精確計算是非常重要的。隨著計算機運算能力的發(fā)展,大渦模擬對于軸流渦輪壓氣機的設(shè)計來說是一個很實用的模擬方法。本文采用的大渦模擬數(shù)值計算方法中,采用動態(tài)亞格子模型對亞格子應(yīng)力進(jìn)行了�；�,數(shù)值通量的離散采用了具有六階精度的對稱形式的WENO格式,而粘性通量的離散采用了具有中心特性的六階緊致差分格式,時間的推進(jìn)為雙時間步隱式牛頓迭代。最終,對以下問題進(jìn)行了分析研究。首先,采用合成渦給定進(jìn)口湍流邊界條件,對超聲速湍流邊界層擬序結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。發(fā)現(xiàn)超聲速湍流擬序結(jié)構(gòu)與不可壓湍流擬序結(jié)構(gòu)并無差異,線性底層存在低速條帶,對數(shù)律層存在以藤條狀渦為主的大尺度渦結(jié)構(gòu),大尺度結(jié)構(gòu)運動使得邊界層存在間歇性。接著,在驗證了合成渦進(jìn)口邊界條件適用性的基礎(chǔ)上,對激波與湍流附面層相互干擾問題進(jìn)行了分析研究。入射斜激波經(jīng)下壁面反射出反射激波,其下游邊界層在逆壓梯度下發(fā)生分離。分離區(qū)的大小發(fā)生著變化,這也許與激波的低頻振動有關(guān)。最后,對低雷諾數(shù)壓氣機葉片附面層的發(fā)展進(jìn)行了大渦模擬,攻角為5o下,邊界層在吸力面前緣發(fā)生分離,從而誘導(dǎo)轉(zhuǎn)捩的發(fā)生,湍流使得摻混加強,因而邊界層很快再附壁面。在60%弦長位置處,吸力面附面層發(fā)生分離形成尾跡。而在壓力面,逆壓梯度下邊界層有轉(zhuǎn)捩的發(fā)生,但是在靠近尾緣處壓力梯度為正,從而使得轉(zhuǎn)捩并未完成。
【關(guān)鍵詞】：大渦模擬 超聲速湍流 大尺度運動 激波附面層干擾 邊界層 分離誘導(dǎo)轉(zhuǎn)捩
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V231
【目錄】：

• 摘要4-5
• 英文摘要5-12
• 注釋表12-14
• 縮略詞14-15
• 第一章 緒論15-38
• 1.1 研究背景及意義15-16
• 1.2 數(shù)值計算方法16-19
• 1.2.1 大渦模擬16-18
• 1.2.2 高精度數(shù)值格式18-19
• 1.3 超聲速近壁湍流擬序結(jié)構(gòu)19-21
• 1.4 激波與湍流附面層相互干擾21-26
• 1.5 邊界層的轉(zhuǎn)捩及影響因素26-37
• 1.5.1 邊界層轉(zhuǎn)捩模式27-29
• 1.5.2 轉(zhuǎn)捩的影響因素29-32
• 1.5.3 壓氣機葉柵邊界層發(fā)展的實驗研究32-37
• 1.6 本文研究內(nèi)容37-38
• 第二章 大渦模擬控制方程38-47
• 2.1 三維可壓縮Navier-Stokes方程組38-40
• 2.1.1 笛卡爾坐標(biāo)系下的N-S方程38-39
• 2.1.2 方程的無量綱化39-40
• 2.2 大渦模擬控制方程形式40-44
• 2.2.1 直角坐標(biāo)下方程的形式40-41
• 2.2.2 曲線坐標(biāo)下的方程形式41-44
• 2.3 動態(tài)亞格子模型44-46
• 2.4 本章小結(jié)46-47
• 第三章 數(shù)值方法及邊界條件47-60
• 3.1 有限體積法47-48
• 3.2 方程輸運項的離散48-55
• 3.2.1 譜優(yōu)化的WENO格式48-53
• 3.2.2 混合形式的格式53-55
• 3.3 方程耗散項的離散55-56
• 3.4 方程的時間推進(jìn)方法56-57
• 3.4.1 顯式時間推進(jìn)56-57
• 3.4.2 隱式時間推進(jìn)57
• 3.5 并行計算技術(shù)57-59
• 3.6 本章小結(jié)59-60
• 第四章 超聲速近壁湍流擬序結(jié)構(gòu)特性60-71
• 4.1 引言60-61
• 4.2 Van Driest轉(zhuǎn)換61-62
• 4.3 湍流進(jìn)口邊界條件的給定62-65
• 4.3.1 幾種進(jìn)口湍流生成方法62-63
• 4.3.2 合成渦方法（Synthetic Eddy Method)63-65
• 4.4 計算參數(shù)及方法65-66
• 4.5 計算結(jié)果及分析66-69
• 4.6 本章小結(jié)69-71
• 第五章 激波與湍流附面層相互干擾71-82
• 5.1 引言71-72
• 5.2 計算模型及邊界條件72-73
• 5.3 計算結(jié)果及分析73-81
• 5.3.1 激波結(jié)構(gòu)73-74
• 5.3.2 反射激波后分離區(qū)變化74-79
• 5.3.3 激波后湍流脈動特性79-81
• 5.4 本章小結(jié)81-82
• 第六章 低雷諾數(shù)壓氣機葉柵流場大渦模擬82-92
• 6.1 引言82-83
• 6.2 計算參數(shù)及模型的建立83-84
• 6.3 邊界條件及計算方法84
• 6.4 穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果及分析84-85
• 6.5 非定常計算結(jié)果及分析85-90
• 6.5.1 葉片表面壓力及摩擦系數(shù)分布85-87
• 6.5.2 前緣分離轉(zhuǎn)捩87-90
• 6.5.3 尾緣分離90
• 6.6 本章小結(jié)90-92
• 第七章 總結(jié)與展望92-94
• 7.1 總結(jié)92-93
• 7.2 展望93-94
• 參考文獻(xiàn)94-99
• 致謝99-100
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文100

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 黃章峰;周恒;羅紀(jì)生;;超音速平板邊界層湍流的直接數(shù)值模擬及分析[J];中國科學(xué)G輯:物理學(xué)、力學(xué)、天文學(xué);2006年01期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 汪利;可壓縮湍流邊界層統(tǒng)計特性的直接數(shù)值模擬研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

，

本文編號：1014027