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采用DES类方法研究基本起落架非定常大范围分离流动

刘健  
【摘要】:大范围分离流动现象广泛存在于航空、航天、航海、风工程等领域。大分离流动通常表现出强烈的非定常旋涡脱落,伴随着气动噪声的产生,导致非定常气动力,甚至引起结构的振动而产生疲劳。DES类方法结合RANS和LES各自的优势,更适用于工程中大分离流动的数值预测。 本文归纳了DES类方法发展的历程,基于k-ω-SST两方程湍流模型构造了DES、DDES、IDDES等方法,并分析了几种方法的构成特性和优缺点。基于均匀各向同性湍流衰减(DHIT)算例,标定了DES中的重要参数CDES;基于DHIT和串列双圆柱算例,研究格式耗散的影响:过大的格式耗散,使得解析湍流衰减过快,抑制分离区域小尺度结构,推迟表面流动分离,缩短压力频谱的频域解析范围。 本文采用六阶中心耦合五阶WENO插值的对称TVD格式,为更好的预测小尺度湍流结构,构造了与DES类方法相匹配的自适应耗散格式。在该格式基础上,对比分析DDES和IDDES方法对串列双圆柱流动预测结果的影响:IDDES方法包含WMLES模型,能够反映来流边界层中湍流信息的作用,加快RANS到LES的转换,在圆柱表面的流动分离、圆柱之间区域湍动能分布的预测上较DDES方法更好。本文假设圆柱表面存在层流区,采用准层流假设(DDES-Quasi-Laminar)初步研究了转捩带对串列双圆柱流动的影响,发现由DDES-QL方法得到的后圆柱尾迹中的湍动能分布相比DDES方法更接近于有转捩带的实验结果。 本文基于DDES和自适应耗散的对称TVD格式,研究了基本起落架(RLG)的非定常流动,给出表面压力、流线、压力均方根分布等表面特征,以及空间速度场,解析和模化的雷诺应力,瞬时空间涡结构等空间流场信息。计算表明,大部分计算结果与实验吻合较好。重点分析了表面特征之间及其与空间流动之间的相互关系,得到了表面最大声压级位于横轴底部和后轮近地侧靠内的位置,其产生原因均与来流非定常脱落涡的作用有密切关系。


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