【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,是流體力學領(lǐng)域中的一個重要研究方向。對邊界層轉(zhuǎn)捩問題的研究不僅有助于揭示復雜的湍流形成機理,更能夠有效指導航空航天領(lǐng)域的工程設(shè)計。本文基于計算流體力學中的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)值計算研究。為了準確求解復雜的流動現(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計算程序。并采用LU-SGS隱式時間推進方法和當?shù)貢r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)捩模型來實現(xiàn)轉(zhuǎn)捩流動的數(shù)值模擬。并以平板/機翼轉(zhuǎn)捩流動為基準算例對CFD數(shù)值計算程序開展了數(shù)值驗證工作,確保程序能夠用于后續(xù)復雜轉(zhuǎn)捩流動的數(shù)值計算。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,實現(xiàn)橫流不穩(wěn)定轉(zhuǎn)捩、粗糙表面誘導轉(zhuǎn)捩以及高超聲速可壓縮轉(zhuǎn)捩的準確模擬,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,本文編程實現(xiàn)了基于當?shù)鼗瘷M流強度特征量的橫流修正方法,并進行了算例驗證與探索;針對粗糙表面誘導轉(zhuǎn)捩,本文在增加了湍流模型粗糙壁面邊界條件的同時增加了等效沙粒模型來表征壁面的粗糙度,從而編程實現(xiàn)了粗糙表面誘導轉(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,實現(xiàn)了模型可壓縮轉(zhuǎn)捩的預測能力。最后,本文分別通過后掠機翼、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、粗糙表面誘導轉(zhuǎn)捩模型和可壓縮轉(zhuǎn)捩拓展模型進行了數(shù)值驗證,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。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V211.3
【圖文】：

題對高超聲速飛行器設(shè)計研究的重要性。在２０１４年ＮＡＳＡ發(fā)表的“ＣＦＤ遠景２０３０”中也逡逑有提到．：對湍流／轉(zhuǎn)捩流動實現(xiàn)物理模型的數(shù)學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驗室發(fā)起的美國國家高超聲速基礎(chǔ)研究計劃（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邋軌道器實驗逡逑＞軸對稱邐使于確屯邐吹：於邐遍逡逑ＮＡＳＡ邋ＨｙＢｏＬＴ－２００８，邋ＪＸ由灥效應逡逑ＡＦＲＬＨ丨ＦｉＲＥ５－邐機｜逡逑＼邐黯紅灥邐ｖ逡逑快速響逡逑快速個|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�，眹揖_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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