可压缩湍流圆孔射流的大涡模拟

《可压缩湍流圆孔射流的大涡模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第42卷第5期2010年10月南京航JournalofNanjing空航天大学学报UniversityofAeronautics8LAstronauticsV01．42No．50ct．2010可压缩湍流圆孑L射流的大涡模拟许常悦吴丹孙建红(南京航空航天大学航空宇航学院，南京，210016)摘要：采用大涡模拟方法研究了可压缩湍流圆孔射流问题，射流的马赫数为0．9，雷诺数为36000。分析了射流的剪切层不稳定性过程，研究结果表明，沿剪切层的对流马赫数小于0．6，剪切层中的扰动涡在初始阶段沿周向呈管状结构。剪切层的不稳定性过程

2、分为3个阶段，即增长阶段、失稳阶段和混合阶段，剪切层的增长速度在失稳阶段最慢，射流流场的湍动能峰值出现在剪切层混合阶段。关键词：数值模拟；可压缩流动；射流流动；亚格子动力学模型中国分类号：0357．52文献标识码：A文章编号：1005—2615(2010)05—0583．05LargeEddySimulationofCompressibleTurbulentRoundJetXuChangyue，WuDan，SunJianhong(CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversit

3、yofAeronautics8LAstronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Thecompressibleroundjetisinvestigatedbyusinglargeeddysimulation．ThejetMachnum—beris0．9andtheReynoldsnumber36000．Theshearlayerinstabilityprocessisanalyzed．ResultsshowthattheconvectiveMachnumberislessthan0．

4、6．Itindicatesthattheshearlayerinstabilitypro—cessisbi—-dimensionalwithcircumferentialeddystructuresoriginatedfromtheKelvin—Helmhohzinsta．-bility．Threedifferentstagesofshearlayerinstabilityprocessarefound，i．e．，shearlayergrowth，in—stabilityandmixing，withtheshearlay

5、ergrowingslowlyinthemixingstage．Moreover，theturbulentkineticenergyinthejetfieldreachesthepeakvalueinthemixingstage．Keywords：numericalsimulation；compressibleflow；jetflow；SGSdynamicsmodel射流在工业上属于一种典型的流动现象，应用领域有流体混合、传热和推进技术等。在可压缩湍流射流研究中，常选取一些典型的射流进行研究，如狭缝射流、椭圆子L射流、方

6、孔射流和圆孔射流等。Stromberg等[11采用实验手段研究了射流马赫数M为0．9，雷诺数＆为3600的圆孔射流的流场和声场特性，研究表明射流流场中的不稳定性波特征Strouhal数约为0．44，声场具有较宽的频谱，并且特征Strouhal数约为0．2。Boersma等03采用大涡模拟(LES)方法研究了Ma产：0．9，Re一36000的圆孔射流，研究发现涡破碎发生在稍远的下游。Bo—gey等[33采用I．ES方法研究了入口条件对』’‰，=0．9，Re=4×105的圆孔射流的影响，计算结果表明当去掉激励力的前四个周向模

7、态，射流演化速度变慢并且湍流强度减弱。据笔者凋研发现，针对圆孔射流流动的研究缺乏系统的剪切层不稳定性过程分析，这是本文的研究关注点。计算流体力学(CFD)在现代流体力学中扮演着越来越重要的角色，已成为当今湍流研究的前沿领域和关键问题。当前工程上采用的湍流数值模拟方法以雷诺平均Navier—Stokes方程(RANS)方法为主，RANS方法的缺点是获得的湍流信息量少，模式普适性较差，并依赖经验性参数等等。LES方法直接计算湍流中较大尺度的涡，而将动力学意义基金项目：江苏省博士后科研计划(0902001C)资助项目；南京航空

8、航天大学科研启动经费(S0972—012)资助项目。收稿日期：2010—01—15；修订日期：2010-05—10作者简介：许常悦。男，博士，讲师，1981年10月生；孙建红(联系人)，男，教授，博士生导师，E—mail：jhsun@nuaa．edu．Cn。584南京航空航天大学学报第42卷不大的小涡用亚格子(SGS