DDES延迟函数在超声速底部流动中的性能分析

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1、2017年8月第43卷第8期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsAugust2017V01．43NO．8http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0602DDES延迟函数在超声速底部流动中的性能分析杜若凡1’2，阎超1’4，韩政1，向星皓3，屈峰2(1．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083；2．中国空

2、19技术研究院载人航天总体部，北京1000943，中国空气动力研究与发展中心，绵阳621000)摘要：DDES是广泛应用的一类RANS／LES混合方法，其通过引入延迟函数保证近壁区的RANS模化，对分离流动十分有效。目前DDES已发展了多种不同的延迟函数，但对各延迟函数的性能特点认识尚不够充分，尤其缺乏超声速流动中的相关研究。围绕DDES方法中不同延迟函数开展研究工作，选取超声速底部流动作为测试算例，通过与实验数据的系统对比分析，考察不同延迟函数在超声速分离流动中的分布规律、作用效果及模型求解能力。研究表明，

3、不同延迟函数作用范围与求解能力存在差异，其中DDES，F，能够在起到保护作用的同时不损害模型的求解精度，对该流动较为有效，所得结果与实验数据吻合较好。关键词：DDES；超声速底部流动；延迟函数；湍流；计算流体力学中图分类号：V221．3文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)08—1585—09湍流问题是当前航空航天设计过程中的关键问题之一。近几十年来，计算流体力学(Computa—tionalFluidDynamics，CFD)迅速发展，已成为研究湍流问题的重要手段⋯。美国NASA在其{203

4、0年CFD远景规划》报告中指出E2]，CFD能够在有效降低设计过程中风险与费用的前提下，提供更加丰富的流动信息。同时，其认为湍流模型是影响CFD计算精度的最重要因素之一，必须对湍流模型开展持续深入的研究。目前，常见的湍流模拟方法主要包括直接数值模拟(DirectNumericalSimulation，DNS)、大涡模拟(LargeEddySimulation，LES)、雷诺平均Navier—Stokes(ReynoldsAveragedNavier—Stokes，RANS)方法以及RANS／LES混合方法。D

5、NS方法与LES方法计算精度高，但计算量很大，在当前计算条件下，两者离应用于工程实际流动还有较大差距。RANS方法计算量小，能够快速、经济地给出预测结果，但其普适性差，尤其对分离流动等非定常湍流问题难以给出令人满意的结果。RANS／LES混合方法结合RANS方法与LES方法各自的优点，能够在较小的计算量下(相较于LES方法)更为准确地模拟复杂流动问题(相较于RANS方法)。RANS／LES混合方法自提出以来受到了广泛关注，众多研究者发展了多种多样的混合方法"J。其中，应用最为广泛的是分离涡模拟(Detache

6、dEddySimulation，DES)类方法。Spalart等¨1最早于1997年提出了SA—DES方法，其在近壁区回归为RANS模型，在远离壁面区域表现出LES求解的特性。随后，Strelets∞o采用类似思想，基于MenterSST两方程模型发展了SST—DES方法。DES类方法在分离流动中表现出了较强的适用性，但同时其也存在一些缺陷。6。，最为典型的问题之一是模化应力不足(ModelledStressDepletion，MSD)问题。MSD问题主要是由收稿日期：2016-07—15；录用151期：20

7、16-08-11；网络出版时间：2016—11-0212：05网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20161102．1205．002，html基金项目：国家自然科学基金(11402016)}通讯作者：E·mail：yanchao@buaa．edu．cn；f用格式：杜若凡，阎超，韩政，筝．DDES延迟函数在超声速底部流动中的性能分析[JJ．北京航空航天大学学报，2017，43@)：1585—1593．DURF，YANC，HANZ，eta1．Performanceo

8、fdelayedfunctionsinDDESforsupersonicbaseflowEJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43f8)：1585—1593(inChinese)．1586北京航空航天大学学报边界层内网格不适当加密引起的。由于边界层内网格不适当加密(主要指流向和展向)，RANS／LES交界面向壁