采用高階格式對覆有V型對稱溝槽表面的槽道湍流流動進行了直接數(shù)值模擬,數(shù)值方法采用有限差分法。為精確求解溝槽壁面的湍流流動,對流項的離散采用7階WENO（Weighted Essentially Non-Oscillatory）格式;時間推進采用分數(shù)步時間推進與低耗散、低色散Runge-Kutta方法（LDDRK方法）結合的格式;黏性項的離散采用6階中心格式。模擬的雷諾數(shù)為5 000（基于槽道高度的1/2）,計算的溝槽寬度范圍為13～44,溝槽斜壁與水平面夾角為60°。數(shù)值模擬結果表明,與平板相比,沿流向溝槽表面的阻力最高降低了9%。數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)減阻效果時,溝槽減少了近壁面處順流向渦的數(shù)目,并且減阻機理與微溝槽阻礙大尺度流向渦與溝槽壁面的直接碰撞,使溝槽表面湍流脈動得到削弱有關。 

【文章來源】：航空學報. 2020,41(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

圖１本文程序與文獻［２２］計算結果對比Ｆｉｇ．１ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐｒｏｐｏｓｅｄｄｅｓｉｇｎｗｉｔｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎＲｅｆ．［２２］

脈動———ｕｒｍｓ、ｖｒｍｓ和ｗｒｍｓ對比如圖１所示，對比結果表明二者吻合較好，證明該程序在求解該類問題時具有較好的精度和可靠性。同時，為體現(xiàn)高精度格式的優(yōu)勢，圖１還對比了高階格式和２階中心格式的速度型和均方根脈動速度曲線，可以發(fā)現(xiàn)：對于速度型，低階格式在過渡區(qū)和對數(shù)區(qū)精度略低于高階格式；對于脈動速度，低階格式所得的脈動結果要低于高階格式和文獻［２２］中的結果。３微結構溝槽建模計算區(qū)域的槽道流動外形如圖２所示，該模型中，下壁面為無滑移的Ｖ型溝槽平面，上壁面為無滑移平板，其中，溝槽平面和平板壁面所在位置分別為ｙ＝－δ和ｙ＝δ，這樣，對比上下壁面的阻力即可得到表面溝槽的減阻效果［１７－１８，２８］。在不同的計算情況下，計算區(qū)域會因為溝槽的寬度以及數(shù)目存在一定差異，但是所有情況中，計算區(qū)域最小的尺寸為３２πδ×２δ×１３πδ（沿ｘ、ｙ、ｚ方向），這個尺寸大于Ｊｉｍéｎｅｚ和Ｍｏｉｎ在文獻［２９］中提出的槽道流動模擬所需的最小尺寸，并且該尺寸也大于文獻［１７］計算采用的尺寸，因而該尺圖１本文程序與文獻［２２］計算結果對比Ｆｉｇ．１ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐｒｏｐｏｓｅｄｄｅｓｉｇｎｗｉｔｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎＲｅｆ．［２２］圖２微尺度溝槽槽道計算區(qū)域Ｆｉｇ．２Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎｏｆｃｈａｎｎｅｌｍｏｕｎｔｅｄｗｉｔｈｒｉｂｌｅｔｓ寸對于該問題的模擬滿足要求。計算區(qū)

．０）情況下某時刻流場速度ｕ分量云圖和瞬時速度矢量場，如圖１１和圖１２所示。從圖１１（ｂ）可以看出，當溝槽產生減阻效果時，大尺度流向渦位于溝槽之上且非常靠近溝槽頂部，同時與溝槽頂部頻繁碰撞，可以形象地描述為流向渦“浮”于溝槽之上，并且由于溝槽的約束作用，流向渦的展向運動也受到了抑制，因此展向的湍流脈動也會得到削弱。從圖１２（ｂ）可以看出，當溝槽產生增阻效果時，流向渦大部分位于溝槽內部，并且與溝槽底部圖１１ｓ＋＝２１．９情況下溝槽表面流動的瞬時流場Ｆｉｇ．１１Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｖｅｒｒｉｂｌｅｔｓｉｎｃａｓｅｓ＋＝２１．９

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Effect of drag reducing riblet surface on coherent structure in turbulent boundary layer[J]. Guangyao CUI,Chong PAN,Di WU,Qingqing YE,Jinjun WANG.  Chinese Journal of Aeronautics. 2019(11)
[2]Effects of surface shapes on properties of turbulent/non-turbulent interface in turbulent boundary layers[J]. WU Di,WANG JinJun,CUI GuangYao,PAN Chong.  Science China（Technological Sciences）. 2020(02)
[3]大型客機氣動設計綜述[J]. 陳迎春,張美紅,張淼,毛俊,毛昆,王祁旻.  航空學報. 2019(01)
[4]溝槽方向對湍流邊界層流動結構影響的實驗研究[J]. 崔光耀,潘翀,高琪,李鹿輝,王晉軍.  力學學報. 2017(06)
[5]溝槽面湍流減阻數(shù)值評估方法[J]. 周健,歐平,劉沛清,郭昊.  航空學報. 2017(04)
[6]溝槽表面邊界層湍動能分布規(guī)律[J]. 胡海豹,宋保維,劉占一,黃明明,黃橋高.  航空學報. 2009(10)
[7]溝槽面湍流邊界層近壁區(qū)擬序結構實驗研究[J]. 王晉軍,陳光.  航空學報. 2001(05)



本文編號：3578003