基于当地变量的横流转捩预测模型的研究与改进

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1、航空学报ActaAerOnaulicaetAstronauticaSinicaMar．252016V01．37No．3780．789ISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．eduCR基于当地变量的横流转捩预测模型的研究与改进史亚云1，白俊强1’*，华俊2，杨体浩11．西北工业大学航空学院，西安7100722．中国航空研究院，北京100012摘要：Langtry和Menter提出的转捩预测模型需要改进以具备预测横流转捩的能力。当地变量Helic

2、ity参数可以指示边界层内的横流信息，因而可用来构造适用于复杂构型以及当代计算流体力学(CFD)并行计算的横流转捩预测模型。实现了基于Helicity参数的横流转捩预测模型，对于后掠角为45。的NLF(2)一0415无限展长后掠翼，模型能够预测不同雷诺数对横流转捩的影响，但是对6：l椭球的横流转捩预测结果与试验数据相差较多。针对实现的横流转捩预测模型的缺点，考虑横流速度因素进行改进。横流速度的求解经过简化近似可以当地求解，因而保证了改进的模型完全基于当地变量的优势。采用改进后的横流转捩预测模型分别对NLF(2)0

3、415机翼、6：1椭球以及DLR—F5机翼进行数值模拟，并与试验数据进行对比分析，结果显示改进后的横流转捩预测模型可以较为准确地捕捉横流转捩现象。关键词：边界层；横流转捩；当地变量；横流速度；Helicity参数；并行计算中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)03—0780—10基于雷诺平均Navier—Stokes(Reynolds—av—eragedNavier—Stokes，RANS)求解方程的计算流体力学(ComputationalFluidDynamics，CFD

4、)方法当前已经发展成熟，在工程上得到了广泛的使用[1]。然而，基于RANS的转捩方法仍然存在许多亟待解决的问题。国内外发展了很多不同的转捩预测模型，由Menter提出并由Langtry[23发展的转捩预测模型(Langtry—Menter转捩预测模型)具有里程碑意义。该模型完全基于当地化变量，适用于非结构网格以及并行计算。因而，该转捩预测模型能够模拟复杂构型，可以在工程上广泛使用。从转捩机理来看，Langtry—Menter转捩预测模型能够预测自然转捩、bypass转捩以及分离流转捩，但是，该模型不能够预测横流引

5、起的转捩[3]。为了能够模拟横流引起的转捩现象，Sey—fert和KrumbeinL40基于Langtry—Menter转捩预测模型进行了横流拓展，拓展的模型基于相似边界层Falkner—Scan—Cooke方程求出横流涡量雷诺数。Seyfert和Krumbein的拓展模型能够捕捉横流信息，但是拓展模型需要在计算时给出几何信息，因此该模型不能适用于复杂构型的转捩模拟。Choi和Kwon[5]通过当地速度与压力梯度的夹角求出了当地后掠角，解决了需要给出几何信息的缺点。国内徐家宽等[61基于Falkner—Scan-

6、Cooke方程也作了相关的横流拓展。也有其他的学者提出了不同的横流转捩预测方法。Watanabe等[71基于Kohama参数[8]，并结合Langtry-Menter模型提出横流转捩预测标准，该模型保留了Langtry—Menter转捩预测模型的优点，所有变量都是当地变量。但是Kohama参数收稿Et期：2015—04-01；退修日期：2015—05-19；录用日期：2015—06-27；网络出版时间：2015—07—1714：47网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929．V．2

7、01507171447002．html基金项目：国家“973”计划(2014CB744804)*通讯作者．Tel：029—88492694E-mail：junqiang@nwpuedu．cn}

8、角格武t史亚云．白俊强，华俊．等．基f当地变量的横流转捩霰弱模型的研究s改进!J]．航空学报，2016t37(3)：780—789jSillYY，BAIJQ，HUAJ，etalStudyandmodificationofcross—flowinducedtransitionmodelbasedonlocalvariable

9、s[J]．ActaAero—nauticaetAstronauticaSinica．2016．37(3)：780—789史亚云，等：基于当地变量的横流转捩预测模型的研究与改进是有经验性的，针对不同构型，这个参数的取值不同，这使得转捩预测不能适用于任意构型。利用无黏流线的曲率，Medida和Baeder[93提出了横流雷诺数参数指示横流信息，文章对横流雷诺数参数指示横流信息