采用高階格式對覆有V型對稱溝槽表面的槽道湍流流動(dòng)進(jìn)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(dòng),對流項(xiàng)的離散采用7階WENO（Weighted Essentially Non-Oscillatory）格式;時(shí)間推進(jìn)采用分?jǐn)?shù)步時(shí)間推進(jìn)與低耗散、低色散Runge-Kutta方法（LDDRK方法）結(jié)合的格式;黏性項(xiàng)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(jì)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(jié)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(shí),溝槽減少了近壁面處順流向渦的數(shù)目,并且減阻機(jī)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(dòng)得到削弱有關(guān)。 

【文章來源】：航空學(xué)報(bào). 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(xiàn)［２２］計(jì)算結(jié)果對比Ｆｉｇ．１ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐｒｏｐｏｓｅｄｄｅｓｉｇｎｗｉｔｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎＲｅｆ．［２２］

脈動(dòng)———ｕｒｍｓ、ｖｒｍｓ和ｗｒｍｓ對比如圖１所示，對比結(jié)果表明二者吻合較好，證明該程序在求解該類問題時(shí)具有較好的精度和可靠性。同時(shí)，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(dòng)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(dòng)速度，低階格式所得的脈動(dòng)結(jié)果要低于高階格式和文獻(xiàn)［２２］中的結(jié)果。３微結(jié)構(gòu)溝槽建模計(jì)算區(qū)域的槽道流動(dòng)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(jì)算情況下，計(jì)算區(qū)域會(huì)因?yàn)闇喜鄣膶挾纫约皵?shù)目存在一定差異，但是所有情況中，計(jì)算區(qū)域最小的尺寸為３２πδ×２δ×１３πδ（沿ｘ、ｙ、ｚ方向），這個(gè)尺寸大于Ｊｉｍéｎｅｚ和Ｍｏｉｎ在文獻(xiàn)［２９］中提出的槽道流動(dòng)模擬所需的最小尺寸，并且該尺寸也大于文獻(xiàn)［１７］計(jì)算采用的尺寸，因而該尺圖１本文程序與文獻(xiàn)［２２］計(jì)算結(jié)果對比Ｆｉｇ．１ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｐｒｏｐｏｓｅｄｄｅｓｉｇｎｗｉｔｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎＲｅｆ．［２２］圖２微尺度溝槽槽道計(jì)算區(qū)域Ｆｉｇ．２Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎｏｆｃｈａｎｎｅｌｍｏｕｎｔｅｄｗｉｔｈｒｉｂｌｅｔｓ寸對于該問題的模擬滿足要求。計(jì)算區(qū)

．０）情況下某時(shí)刻流場速度ｕ分量云圖和瞬時(shí)速度矢量場，如圖１１和圖１２所示。從圖１１（ｂ）可以看出，當(dāng)溝槽產(chǎn)生減阻效果時(shí)，大尺度流向渦位于溝槽之上且非�？拷鼫喜垌敳浚瑫r(shí)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(yùn)動(dòng)也受到了抑制，因此展向的湍流脈動(dòng)也會(huì)得到削弱。從圖１２（ｂ）可以看出，當(dāng)溝槽產(chǎn)生增阻效果時(shí)，流向渦大部分位于溝槽內(nèi)部，并且與溝槽底部圖１１ｓ＋＝２１．９情況下溝槽表面流動(dòng)的瞬時(shí)流場Ｆｉｇ．１１Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｖｅｒｒｉｂｌｅｔｓｉｎｃａｓｅｓ＋＝２１．９

【參考文獻(xiàn)】：
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(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)綜述[J]. 陳迎春,張美紅,張淼,毛俊,毛昆,王祁旻.  航空學(xué)報(bào). 2019(01)
[4]溝槽方向?qū)ν牧鬟吔鐚恿鲃?dòng)結(jié)構(gòu)影響的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 崔光耀,潘翀,高琪,李鹿輝,王晉軍.  力學(xué)學(xué)報(bào). 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(xué)報(bào). 2017(04)
[6]溝槽表面邊界層湍動(dòng)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(xué)報(bào). 2009(10)
[7]溝槽面湍流邊界層近壁區(qū)擬序結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 王晉軍,陳光.  航空學(xué)報(bào). 2001(05)



本文編號：3578003