針對超聲速壁面邊界層流動問題,提出一種基于縱向梯形溝槽薄膜的減阻方法。利用基于有限差分的程序?qū)v向梯形溝槽壁面超聲速流場進(jìn)行數(shù)值模擬,對于湍流的模擬采用大渦模擬（LES）方法。通過對比超聲速平面壁面流動結(jié)構(gòu)與超聲速梯形溝槽壁面邊界層流動結(jié)構(gòu)特征的區(qū)別,分析減阻特性,并給出了來流Mach數(shù)對給定溝槽壁面減阻效率的影響情況。結(jié)果表明,超聲速流動情況下,對于一種特定構(gòu)型的縱向梯形溝槽面,存在一個具有良好減阻效率的來流Mach數(shù)區(qū)間,通過分析湍流邊界層流場結(jié)構(gòu)特征,總結(jié)出該梯形溝槽面的減阻規(guī)律。特別地,當(dāng)來流Mach數(shù)M=2.0時,該梯形溝槽能夠產(chǎn)生2.18%的最大減阻效率。 

【文章來源】：航空計(jì)算技術(shù). 2019,49(05)

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計(jì)算流場網(wǎng)格劃分及流向截面網(wǎng)格

圖2計(jì)算流場網(wǎng)格劃分及流向截面網(wǎng)格數(shù)設(shè)定為μ=1．78×10－5m2/s;邊界條件設(shè)置如下:1)為了模擬溝槽面上充分發(fā)展的湍流，流場的出口和入口均設(shè)置為遠(yuǎn)場條件;2)光滑平面和溝槽面設(shè)置為無滑移絕熱固壁面;3)兩側(cè)面采用周期性邊界條件;4)頂部表面設(shè)置為對稱面。2計(jì)算及結(jié)果分析2．1溝槽面湍流邊界層流場結(jié)構(gòu)特征及減阻分析本文計(jì)算了來流主流Mach數(shù)分別為M=1．0、2．0、2．5、6．0的四種工況。圖3中Mach數(shù)M=2．0時，溝槽表面和光滑表面正視圖投影方向的表面摩擦力系數(shù)云圖。由圖可知，M=2．0時，溝槽壁面谷底區(qū)域的壁面摩擦力系數(shù)均值為0．0027左右，尖峰區(qū)域的壁面摩擦力系數(shù)均值為0．0045左右，光滑平面的壁面摩擦力系數(shù)均值為0．0038左右，而溝槽面谷底區(qū)域面積占到整個溝槽面總面積的70%以上，當(dāng)M=2．0時，溝槽面表面摩擦力系數(shù)小于光滑平面表面摩擦力系數(shù)，這也解釋了對于相同投影面積的溝槽面和光滑平面，雖然溝槽面的浸潤面積大于光滑平面，但是溝槽面仍然存在減阻效果。圖3梯形溝槽面和光滑平面表面摩擦力系數(shù)云圖圖4為來流Mach數(shù)M=2．0時，沿著流向x=0．3、0．7位置處流向截面的Mach數(shù)分布云圖，由圖可知，隨著流向距離的增加，溝槽面底層低速流體的厚度在增加，在距離壁面同一高度處，流過溝槽面的流體速度低于光滑平面的流體速度。圖4不同流向截面位置處的Mach數(shù)分布圖5為來流Mach數(shù)M=2．0時，沿著流向x=0．3、0．7位置處流場截面的湍流黏度比(TurbulentVis-cosityＲatio)的分布云圖，從圖中可以看出，隨著流向距離的增加溝槽面明顯改變了近壁面區(qū)域的湍流流場結(jié)構(gòu)，由于

0時，溝槽面表面摩擦力系數(shù)小于光滑平面表面摩擦力系數(shù)，這也解釋了對于相同投影面積的溝槽面和光滑平面，雖然溝槽面的浸潤面積大于光滑平面，但是溝槽面仍然存在減阻效果。圖3梯形溝槽面和光滑平面表面摩擦力系數(shù)云圖圖4為來流Mach數(shù)M=2．0時，沿著流向x=0．3、0．7位置處流向截面的Mach數(shù)分布云圖，由圖可知，隨著流向距離的增加，溝槽面底層低速流體的厚度在增加，在距離壁面同一高度處，流過溝槽面的流體速度低于光滑平面的流體速度。圖4不同流向截面位置處的Mach數(shù)分布圖5為來流Mach數(shù)M=2．0時，沿著流向x=0．3、0．7位置處流場截面的湍流黏度比(TurbulentVis-cosityＲatio)的分布云圖，從圖中可以看出，隨著流向距離的增加溝槽面明顯改變了近壁面區(qū)域的湍流流場結(jié)構(gòu)，由于溝槽的存在，切斷了近壁區(qū)流體的展向運(yùn)動，抑制了流體微團(tuán)間的動量交換，使得溝槽底部存在大量低速穩(wěn)定的流體，它們與接觸壁面的相對運(yùn)動較圖5不同流向截面位置處的湍流粘性量分布·25·航空計(jì)算技術(shù)第49卷第5期

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]溝槽面湍流邊界層減阻特性研究[J]. 王晉軍,蘭世隆,苗福友.  中國造船. 2001(04)
[2]溝槽面湍流減阻研究綜述[J]. 王晉軍.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 1998(01)



本文編號：3234942