可压缩平板边界层转捩的大涡模拟

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1、第46卷第2期2014年4月南京航JournalofNanjing空航天大学学报UniversityofAeronautics＆Astronautics可压缩平板边界层转捩的大涡模拟刘海旭1郑晨炜1陈林2葛宁1唐登斌3V01．46No．2Apr．2014(1．南京航空航天大学能源与动力学院，南京，210016；2．中国航天空气动力技术研究院，北京，100074；3．南京航空航天大学航空宇航学院，南京，210016)摘要：入口利用层流速度型叠加二维和三维Tollmien-Schliting(T—S)波，应用动态亚格子模型、预

2、处理技术以及高精度算法，采用大涡模拟(Largeeddysimulation，LES)数值计算方法，对可压缩平板边界层空间模式的转捩机理及其拟序结构进行了研究。计算结果展示了T—S波经历线性、非线性发展阶段破碎形成发卡涡，最终演化成具有4个涡环的涡链结构的整个过程，并揭示了发卡涡涡腿并非完整对称及低速条带在涡环产生的位置不连续的现象，探讨了主流向涡与壁面相互作用诱导生成次流向涡的机理。关键词：大涡模拟；可压缩流动；边界层转捩；拟序结构；涡系演化中图分类号：V231，3文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)0

3、2—0246—06LargeEddySimulationofBoundaryLayerTransitionoverCompressiblePlateLiuHaixul，ZhengChenweil，ChenLin2，GeNin91，TangDengbin3(1．CollegeofEnergyandPowerEngineering。NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China；2．ChinaAcademyofAerospaceAerodynam

4、ics，Beijing，100074，China；3．CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：TheinletboundaryisspecifiedbylaminarBlasiussimilaritysolutionasthebasicflowwithim—posedTollmien—Schlichting(T—S)wavesasthedisturbance

5、s，thedynamicsubgrid—scalemodel，thehighorderschemesandapreconditionedalgorithmareusedinthestudyoflaminar—to—turbulenttransitioninaspatiallydevelopingboundarylayerbylargeeddysimulation(LES)．Simulationresultexhibitsthelin—earandnonlineargrowthofT—Swaves，theformationa

6、ndevolutionofhairpinvortexandmultiplevor—texringswithfourring—likevortexes，coupledwithcomplexejection／sweepmovementsandhigh／lowspeedstreaks．Finally，thegenerationanddevelopmentprocessesofsecondarystreamwisevortexareanalyzed．Keywords：largeeddysimulation(LES)；compres

7、sibleflow；boundarylayertransition；coherentstruc—tures；evolutionofvortex边界层从层流到湍流的转捩问题是流体力学研究领域中一个十分重要而又非常复杂的难题。理解边界层转捩的物理过程对研究湍流的来源有重要的意义，而转捩的预测和控制在工程上也有重大的应用价值。譬如：层流边界层的低表面摩擦系数一直是高性能飞行器设计者追求的目标，而许多研究领域中湍流边界层中的高传热率也是设计者们想要得到的。为了解释小涡无序化的过程，文献Eli最先提出了高剪切层的概念。文献[2]采用

8、直接数值模拟精确计算了槽道内层流向湍流发展的全过程。文献[3]采用大涡模拟(Largeeddysimulation，LES)方法观察了自然转捩过程中Tollmien—Schlichting(T—S)波的增长。文献[4～7]通过直接数值模拟收稿日期：2013—07—28；修订日期：2013—09—09通信