湍流模型在民机跨声速绕流计算的应用

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1、第43卷第3期2013年5月航空计算技术Ae咖舳ticalC伽puting‰lllIiqIleV01．43No．3May．2013湍流模型在民机跨声速绕流计算的应用韩涛(海军驻沈阳地区航空军事代表室，辽宁沈阳110034)摘要：针对民机构型DuI．硒翼身组合体，研究了不同湍流模型对气动特性和流场特征的影响。控制方程采用全场三维可压、雷诺平均的Na、rier．Stokes方程；计算格式采用J蛐es∞中心有限体积、多步RuI礓re．Kutta时间步长格式进行求解；湍流模型分别采用EARSM七．∞模型、Spalan．AⅡmaras(S．A)模型、SsT模型、St鲫dard

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4、}．∞)模型、L0w．ReylloldsNumberl

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6、}．∞)模型。通过对巡航状态的计算研究，分析了五种湍流模型在翼身结合处气流分离的特点。为工程应用提供了一定的借鉴意义。关键词：数值计算；DLR．跖模型；湍流模型；流场结构中图分类号：V211文献标识码：A文章编号：1671．654x(2013)03．0076．04Investi龋廿ononⅨ脏rentTurbllle眦eModelsinTransonicnowofCi、，ilAircraftHANTa0(№懈Z』l纪妇可At7泐如n脚resemot泐妣凡弘愕筋ce，鼢e，彬n

7、g110034，仍i胞)Abs咖ct：nowamundacivilaircra血co—igumtionweresimulatedbyturbulencemodelsresultingdiff．er-entae州y11锄iccharacteristic．neReyllolds—averagedNavier．StokeseqIlationsbyfinitevolumemetll-odsIisingRunge—Kuttatime—steppingschemesarechosenaIld董oⅡowingturbulencemodelsaread叩ted：EARSMk-‘I)

8、model，Spal叭-AⅡm踮够model，SsTmodel，StaJldardk一∞model锄d【删’-Re”oldsNum-berk一‘1)modeI．Theresultsarepresentedint}lispaperbycompadngtllesep删ionoftlle诵ng-bodycombination．oncmise，aIlditishelp{mforapplicationofturbulencemodels．KeywOrds：simulation；DLR—F6model；turbulencemodel；flowpattem●引言湍流是流体粘性运动

9、最复杂的形式，湍流流动的核心特征是其在物理上近乎于无穷多的尺度和数学上强烈的非线性，这使得人们无论是通过理论分析、实验研究还是计算机模拟来彻底认识湍流都非常困难。湍流模型，就是以雷诺平均运动方程与脉动运动方程为基础，依靠理论与经验的结合，引进一系列模型假设，而建立起的一组描写湍流平均量的封闭方程组。湍流模型可根据微分方程的个数分为零方程模型、一方程模型、二方程模型和多方程模型。除了时均N—S方程外，还要增加其他方程才能使方程封闭，增加多少个方程，则该模型就被称为多少个模型。本文的计算是基于DLR．F6翼身组合体模型的，为验证本文数值计算结果，将本文计算值与实验值画出

10、的极曲线做了比较。比较表明，本文计算得到的各剖面压力分布与实验吻合良好，而升力系数较实验值稍大。为研究湍流模型的影响，本文分别用EARSM七一∞模型、Spalan—mlm绷(S-A)模型、SsT模型、stand—ard尼一∞(sTD七一∞)模型、L删-ReynoldsNumber

11、

12、}-∞(LRN无．∞)模型对DLR．F6翼身组合体模型进行了计算，并比较了五种湍流模型在翼身结合处气流分离的不同。1计算方法1．1计算模型计算模型采用AI从第二届阻力预测会(DragPredictionworkgmup)上使用的DLR—F6模型。该模型机身长1．192m，机翼半展长6／2

13、=0．5877m，参考长度￡ref=0．1412m，参考面积Sref=0．1454m2，机头顶点坐标石=0．347m，z=0．0175m，力矩参考中心坐标石=0．1579m，z=0．03392m。1．2湍流模型本文使用了EARSM后．∞模型、S．A模型、SST模型、STD尼．∞模型、LRN．

14、}一∞五种湍流模型。收稿日期：2013一03—27作者简介：韩涛(1979一)，男，辽宁营口人，工程师，主要研究方向为飞行器。2013年5月韩涛：湍流模型在民机跨声速绕流计算的应用显式代数雷诺应力(EARSM)模型是一种比线性涡粘模型(LEVM)更高级的非线性构成模型。这类