壁面函数在激波诱导分离流动中的应用

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1、第43卷第6期航空计算技术Vo1．43No．62013年11月AeronauticalComputingTechniqueNOV．2013壁面函数在激波诱导分离流动中的应用胡偶，赵宁，刘剑明(1．南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016；2．江苏师范大学数学系，江苏徐州221116)摘要：以数值模拟激波一附面层干扰引起的流动分离问题为研究背景，发展了基于有限体积方法的雷诺平均Navier．Stokes(RANS)方程的流场数值模拟方法。利用壁面函数模型得到壁面剪切应力，通过修正壁面粘性通量，构造了一种新的湍流边界处理方法，并将其耦合到RANS方程和SS

2、Tk一湍流模型的数值求解中；同时，针对激波诱导引起的附面层流动分离问题，提出一种附面层网格加密技术，能够自适应加密分离区内附面层网格，使得在流动分离区域也能够使用壁面函数模型。数值算例表明，壁面函数模型能够降低数值模拟结果对网格的依赖性；同时也验证了壁面函数耦合附面层网格自适应方法，在处理激波诱导引起的附面层流动分离问题时的有效性和准确性。关键词：激波一附面层干扰；分离流动；壁面函数；附面层网格加密；RANS；SSTk一∞湍流模型中图分类号：V211文献标识码：A文章编号：1671．654X(2013)06—0026—04WallFunctionMethodfo

3、rShockInducedSeparatedFlowsSimulationHU0u，ZHAONing，LIUJian．ming(1．CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nang210016，China；2．DepartmentofMathematics，JiangsuNormalUniversity，Xuzhou221116，China)Abstract：AfinitevolumetypeReynoldsAverageNavier—Stokes(R

4、ANS)solverforseparatedflowsin—ducedbyshock—boundarylayerinteractionwaspresented．CouplingwithRANSequationsandSST一turbulencemodel，aturbulentwallboundaryconditionapproachwasdevelopedbyusingwallfunctionmodeltosolvewallshearstressandtomodifytheviscousfluxatthewallboundaries．Inaddition，ino

5、rdertohandletheflowseparationinducedbyshock，aboundarylayermeshadaptiontechniquewiththewallfunctionmodelwasemployedtorefinetheboundarylayermeshesintheseparatingarea．Numericalstud—iesshowedthegridsensitivitydecreasedbyusingwallfunctionmode1．Meanwhile，therobustnessandSO—lutionaccuracyof

6、thepresentapproachindealingwithshockinducedflowseparationwasdemonstratedbythenumericalresults．Keywords：shock-boundarylayerinteraction；separatedflow；wallfunction；boundary-layermeshadap-tion；RANS：SSTk一turbuleneemodel引言网格的密度要求很高，一般都要求壁面第一层网格单元的Y1。因此，在模拟复杂湍流问题时网格数量计算流体力学(CFD)是一门与工程设计应用紧密

7、可能十分巨大，从而导致计算时间过长。为解决这一结合的学科，其发展的最终目的是服务于实际流动问问题，有人提出了采用基于壁面函数模型(WallFunc．题的数值模拟与分析。湍流问题的数值模拟作为CFDtion，wF)的壁面边界处理方法，并耦合不同的湍流模一个核心问题一直为人们所关注，准确地模拟实际流型处理实际湍流流动问题。这一方法的提出，大大减动中的湍流效应，并能够有效地解决实际工程问题，是小了湍流计算对网格尺度的要求。当前CFD研究的一个重要方向。传统的基于雷诺平Nichols和Nelson¨考虑流体可压缩性以及物面均Navier．Stokes(RANS)方程，耦

8、合湍流模型(如s．A模型