【摘要】：邊界層轉(zhuǎn)捩對飛行器表面摩擦阻力和氣動熱影響顯著,是流體力學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究方向。對邊界層轉(zhuǎn)捩問題的研究不僅有助于揭示復(fù)雜的湍流形成機(jī)理,更能夠有效指導(dǎo)航空航天領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)。本文基于計(jì)算流體力學(xué)中的RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)方法,拓展γ-Reθt轉(zhuǎn)捩模型,對壁面粗糙度、壓力梯度、橫流不穩(wěn)定和來流雷諾數(shù)等多因素影響下的邊界層轉(zhuǎn)捩流動開展數(shù)值計(jì)算研究。為了準(zhǔn)確求解復(fù)雜的流動現(xiàn)象,本文基于有限體積方法開發(fā)建立了 一套并行化的CFD計(jì)算程序。并采用LU-SGS隱式時(shí)間推進(jìn)方法和當(dāng)?shù)貢r(shí)間步長等措施來加速離散方程求解的收斂速度。此外針對邊界層轉(zhuǎn)捩流動,本文通過引入k-ωSST湍流模型和γ-Reθt轉(zhuǎn)捩模型來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)捩流動的數(shù)值模擬。并以平板/機(jī)翼轉(zhuǎn)捩流動為基準(zhǔn)算例對CFD數(shù)值計(jì)算程序開展了數(shù)值驗(yàn)證工作,確保程序能夠用于后續(xù)復(fù)雜轉(zhuǎn)捩流動的數(shù)值計(jì)算。邊界轉(zhuǎn)捩影響因素眾多,為了拓展γ-Reθt轉(zhuǎn)捩模型的適用范圍,實(shí)現(xiàn)橫流不穩(wěn)定轉(zhuǎn)捩、粗糙表面誘導(dǎo)轉(zhuǎn)捩以及高超聲速可壓縮轉(zhuǎn)捩的準(zhǔn)確模擬,本文在γ-Reθt轉(zhuǎn)捩模型的基礎(chǔ)上分別增加了不同程度的修正。針對橫流不穩(wěn)定轉(zhuǎn)捩,本文編程實(shí)現(xiàn)了基于當(dāng)?shù)鼗瘷M流強(qiáng)度特征量的橫流修正方法,并進(jìn)行了算例驗(yàn)證與探索;針對粗糙表面誘導(dǎo)轉(zhuǎn)捩,本文在增加了湍流模型粗糙壁面邊界條件的同時(shí)增加了等效沙粒模型來表征壁面的粗糙度,從而編程實(shí)現(xiàn)了粗糙表面誘導(dǎo)轉(zhuǎn)捩模型修正方法;而針對高超聲速可壓縮轉(zhuǎn)捩,本文在簡化三方程轉(zhuǎn)捩模型的基礎(chǔ)上,通過引入轉(zhuǎn)捩動量厚度雷諾數(shù)修正方法和湍流模型修正方法,實(shí)現(xiàn)了模型可壓縮轉(zhuǎn)捩的預(yù)測能力。最后,本文分別通過后掠機(jī)翼、粗糙平板、可壓縮雙楔、高超聲速尖錐等算例對橫流轉(zhuǎn)捩修正模型、粗糙表面誘導(dǎo)轉(zhuǎn)捩模型和可壓縮轉(zhuǎn)捩拓展模型進(jìn)行了數(shù)值驗(yàn)證,并深入研究了來流雷諾數(shù)、后掠角大小、表面粗糙度等對邊界層轉(zhuǎn)捩的影響。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V211.3
【圖文】：

題對高超聲速飛行器設(shè)計(jì)研究的重要性。在２０１４年ＮＡＳＡ發(fā)表的“ＣＦＤ遠(yuǎn)景２０３０”中也逡逑有提到．：對湍流／轉(zhuǎn)捩流動實(shí)現(xiàn)物理模型的數(shù)學(xué)描述是第一類急需解決的問題［５＞邋＿由ＮＡ邋ＳＡ逡逑和桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室發(fā)起的美國國家高超聲速基礎(chǔ)研究計(jì)劃（ＮＨＦＲＰ圖１．１）間中高超聲逡逑速邊界層轉(zhuǎn)捩也同樣被列為２０２０－２０３０中長期規(guī)劃中的首要研究對象。逡逑ＡＦＲＬＨＩＦｉＲＥ邋１－２０１０．０３邋軌道器實(shí)驗(yàn)逡逑＞軸對稱邐使于確屯邐吹：於邐遍逡逑ＮＡＳＡ邋ＨｙＢｏＬＴ－２００８，邋ＪＸ由灥效應(yīng)逡逑ＡＦＲＬＨ丨ＦｉＲＥ５－邐機(jī)｜逡逑＼邐黯紅灥邐ｖ逡逑快速響逡逑快速個(gè)|猓猓忮義賢跡保保危齲疲遙斜囈綺闋嫜芯垮義嫌捎諭牧骱筒懔韉牧鞫卣韃畋鵓藪螅囈綺闋婊岫苑尚釁鞅礱婺Σ磷枇�、钡a嬡儒義狹饕約胺⒍劑喜艋斕炔災(zāi)撓跋歟虼碩員囈綺闋嫻難芯烤哂泄惴旱墓こ逃τ緬義希卞義

本文編號：2787733