脱体涡模拟方法研究及其应用

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1、第41卷第1期2011年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．41No．1Jan．2011脱体涡模拟方法研究及其应用陈都，司海青，马晓晖(南京航空航天大学民航／飞行学院飞行技术系，江苏南京210016)摘要：基于现有的非定常雷诺平均N—s方程的求解方法，研究与发展了脱体涡模拟方法(DES)。在紊流附面层内用RANS方法，湍流模型采用S—A模型，在其他区域结合S．A模型运用Smagorinski的LES模型，并将S．A模型中的物面耗散项进行适当的改进，使得改进的模型既充当了RANS中的S．A紊流模型，又充当了Smagorinski火涡模

2、拟模型。为验证所发展方法的有效性，将研究的DES方法应用到一些典型流场计算中。并与已有结果或实验结果进行比较。关键词：雷诺平均N．S方程；脱体涡模拟方法；数值模拟；流场计算中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1671-654X(2011)01．O009．05StudyonDetachedEddySimulationMethodanditsApplicationCHENDu，SIHai—qing，MAXiao—hui(NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanfing210016，China)Abstract：Base

3、donthein—housedmethodsofunsteadyReynoldsaverageN—Sequations，detachededdysimulation(DES)isdevelopedinthispaper．SolverofRANSwithS—Aturbulencemodelisusedintheturbulentboundarylayer，while，intheotherdomainsofflowfields，Smagorinski’SLESmodelcombiningwithS—Amodelisimplemented，whichmakestheimprovedmo

4、delbeusedasS—AmodelandSmagorins—kilargeeddysimulationmodel．Toverifytheeffectivenessofthemethoddeveloped，DESinthisstudyisappliedtosometypicalflowfieldcalculationsandsomecomparisonsarealsomadebythereferences’re—suitsandexperimentalresults．Keywords：RANS；detachededdysimulation；numericalsimulation

5、；calculationsofflowfield引言目前，随着计算流体力学(CFD)的快速发展，它作为一种计算工具，在某种程度上，可以有效地解决实验过程中遇到的一些困难，比如在风洞实验中存在洞壁干扰和支架干扰，实验成本高等问题。现在，常用的CFD数值模拟方法主要是，求解雷诺平均Navier．Stokes方程(RANS)¨o，大涡模拟(LES)方法12J，直接数值模拟(DNS)旧。及脱体涡模拟方法。在这些方法中，采用RANS方法进行近场模拟所能提供的流体脉动信息有限，而且，紊流模型的选取依赖于对流动物流现象的理解和实践经验。DNS方法需要把整个流场内所有尺度的涡都模拟出来，因而所需

6、的网格数量巨大，并且随着雷诺数的增加，所需的网格数量将以指数量级增加，使得该方法在当前的计算机资源惫鲑工壅型iE堂复杂流动仍存在困难，目前这方面的应用仅仅局限于简单紊流流场的模拟。LES方法可以很好地模拟大分离流动，但在附面层内，由于网格很密，模拟附面层中的大量小尺度脉动运动时计算量巨大，以目前的计算机水平模拟起来还是比较困难，耗费机时，在工程中未见广泛使用。而DNS方法和LES方法这两种模拟方法所需要的网格数量巨多，计算成本很大，为解决这些方法的不足之处，Spalarti4‘提出了脱体涡模拟方法(DES)，它可以把计算成本大大降低，所得到的结果与RANS相比又会有大大改善，能够

7、提供比RANS模拟更准确的流动脉动信息。它的基本思想是，在紊流附面层内采用RANS方法通过雷诺平均假设模拟附面层内的紊流流动，在其他区域采用LES方法模拟脱体涡运动。这种DES方法综合了RANS和LES方法的优点，对大分离流动的数值模拟方法进行了改进。DES方法不但节省了计算成本，而且计算所得结果也比较令人满意。收稿日期：2010-09·19修订日期：2010—12—08基金项目：国家自然科学基金资助项目(10902050)；航宅科学基金资助项目(20101452017)；中国博