γ-Reθt-CF转捩模型在Spalart-Allmaras湍流模型中的推广及验证

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaApr252017V01．38No．4SSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．educnhkxb@buaa．edu．caDOI：10．7527／s1000—6893．2016．0205y-Reot—CF转捩模型在模型中的推广及验证Spalart—Allmaras湍流鞠胜军，阎超*，叶志飞北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083摘要：横流(CF)不稳定性是三维流动中诱发转捩的一项非常重要的因素，考虑到7-Re

2、旷CF转捩模型对流向Toll—mien—Schlichting波和横流波不稳定性引起转捩的判定均是完全基于当地变量，且Spalart—Allmaras(SA)湍流模型计算效率高，因而将7一Re旷CF转捩模型与SA湍流模型相结合，并将其引入开源StandfordUniversityUnstructured(SU2)计算流体力学分析平台。为了考察和验证模型的预测精度，分别使用原始)'-Re。。模型和)'-Re旷CF-SA模型，对NLF(2)一0415后掠翼型和标准6：l椭球模型进行了转捩预测数值模拟。算例结果表明，)'-Reo：一CF—

3、SA模型的计算结果与试验数据吻合程度远远优于原始7一R‰模型，)'-Re旷CF-SA模型能正确地预测出三维流动中的横流不稳定性引起转捩的现象。关键词：转捩模型；横流不稳定性；基于当地变量；动量厚度；间歇因子中图分类号：V221．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)04—120383—09在航空工程领域，流动不稳定性主要是由接触线不稳定性、Taylor—GOrtler涡不稳定性、流向TOll—mien—Schlichting(T-S)波不稳定性和横流(CF)波不稳定性4种扰动波引发。其中，TaylorG6rtler

4、涡不稳定可以通过消除壁面凹曲来避免。防止接触线转捩可以通过设计外形时使接触线雷诺数不要超过其临界值。因而，T-S波引起的不稳定性和横流不稳定性是三维流动中最主要的机制[1]。在三维流动边界层转捩预测方法中，直接数值模拟方法(DNS)[2]和大涡模拟方法(LES)[3]由于计算量过大很难应用到工程计算中；基于线性稳定性理论的方法[4书1在求解过程中需要用到边界层动量厚度的信息，也难以在现代的CFD并行计算中实现，因而转捩模型方法成为工程领域转捩预测的主要方法。在转捩模型的提出与构造方面，Coder和Maughmer[7]开发了基于放大

5、因子的转捩模型、王亮和符松[81开发了肛叫一丫转捩模型等。在航空工程领域运用最广泛的是由Langtry和Ment—er[91在2005年提出的7一Re融与剪切应力输运(Shear—StreeTransport，SST)湍流模型相结合的y-Re。一SST转捩模型，该模型考虑了自然转捩、Bypass转捩和分离诱导转捩等多种转捩机制，集合转捩经验关系式和低雷诺数湍流模型的优势，并首先被耦合到SSTk-叫湍流模型中，由于模型提供了一个将经验公式进行当地化处理的框架，转捩的判别都基于当地变量(LocalCorrelation—Based)，因

6、而大大提高了通用CFD用于求解复杂外形流动的能力，特别是对于三维复杂情况下的流动。Shivaji和James[1叩实现了对7一Re阶转捩模收稿日期：2016—04．28；退修日期：2016—06—02；录用Et期：2016—06-25；网络出版时间：2016—07—1815：13网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／111929．V20160718．1513．002html*通讯作者E-mail：yanchao@buaaeducn歌用格武：鞠胜军，阎超．叶志飞．y-,qoat—OF转捩模型在Spalart-

7、AIImaras湍流模型中的推广及验证!J]．航空学报．2017．38(4)：120383JUSJ，YANC，YEZFGeneralizationandvalidationofy-,qeot—OFtransitionmodelingincombinationwithSpalart-AIImarasturbulencemodef[JjActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2017．38(4)：120383120383．1航空学报型与Spalart—Allmaras(SA)湍流模型的结合，构造了具有转捩

8、预测能力的y-Re融一SA模型。但这些模型在构造中主要针对流向T—S波不稳定性引起的转捩，对于横流波不稳定性引起的转捩预测精度较差。由此，在转捩模型中考虑横流的影响得到了深入的研究，比如Jeong[11

9、、Come—lia[12]、M