湍流模型对三维翼梢涡流场数值模拟的影响

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1、第31卷2010年第12期12月航空学报ACTAAER()NAUTICAETASTRONAUTlCASINlCAV01．31No．12Dec．2010文章编号：i000—6893(2010)12—2342—06湍流模型对三维翼梢涡流场数值模拟的影响韩宝玉，熊鹰，叶金铭(海军T程大学船舶与动力学院，湖北武汉430033)EffectofTurbulenceModelsonNumericalSimulationofTipVortexFlowFieldBehind3DWingHanBaoyu，XiongYing，YeJinming(Collegeof

2、NavalArchitectureandPower，NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033，China)摘要：梢涡流场数值模拟对减少梢涡的不良影响意义深远。应用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法建立了三维翼梢涡流场数值模型，选用的湍流模型包括两种经典两方程模型和一种代数雷诺应力模型。计算内容包括翼梢涡流场速度分布、压力分布及涡核位置，为了准确模拟梢涡涡核内系统旋转和流线曲率影响，将旋转和曲率修正方法应用于选用的湍流模型中。计算时对翼梢涡涡核处网格进行了加密处理。将计算结果与实验结果对比后

3、发现，修正后的湍流模型较标准湍流模型明显提高了预报精度，与实验结果吻合较好。具有丁程应用价值。关键词：湍流模型；旋转和曲率修正；梢涡；数值模拟；涡核中图分类号：V211．1+7；U661．31文献标识码：AAbstract：Numericalsimulationoffltipvortexflowfieldissignificantinalleviatingtheeffectofthetipvortex．AmodelbasedontheReynolds—averagedNavier—Stokes(RANS)methodisestablishedt

4、Osimulatethetipvor—texflowfieldbehinda3Dwing．TheturbulencemodelsselectedincludetWOclassictwo—equationmodelsandoneexplicitalgebraicReynoldsstressmodel．Thecalculationcontainsthevelocitydistribution，pressuredistri—butionandthevortexcorelocationofthetipvortexflowfield．Toconsider

5、theeffectofsystemrotationandstreamlinecurvature，arotation-curvaturecorrectionisadoptedtOeachturbulencemodel．MeshrefinementisappliedtOtheareaofthetipvortexcoreinsimulation．Numericalresultsshowthatthecorrectededdyviscosi—tyturbulencemodelsagreewellwithexperimentresultsinveloci

6、tyandpressuredistributionandvortexcorelo—cation．Comparedwiththeunmodifiedversions，theyexhibitedremarkableimprovementinpredictingturbu—lenceinduceddiffusion．Keywords：turbulencemodel；rotation—curvaturecorrection；tipvortex；numericalsimulation；vortexcore梢涡是由于升力体上下表面存在压差而形成。在航卒领域

7、，机翼梢涡会对后续飞机的起飞和降落造成影响，直升机叶片梢涡和叶片的相互干扰会产生振动和噪声。在船舶行业，螺旋桨梢涡会产生空化，是舰船主要的噪声源。在设计中消除或降低这些不良影响，需要准确理解梢涡流场的物理特性。实验研耕卜41在揭示梢涡流场特性特别是梢涡的形成和发展方面做了大量T作，但受实验条件的限制，涡核处压力场难以测量，致使梢涡近场的许多细节问题尚未明确。而数值计算方法可以弥补实验方法的缺陷。与实验相比，数值方法成收稿日期：2010—03—09；修订日期：2010—05—20基金项目：国家自然科学基金(51079157)；海洋工程国家重点实验

8、室基金(0811)通讯作者：熊鹰E—mail；ying—xion928@126．corn本低且能得到流场内部一切细节问题，有助于人们理解内部流场的特征