基于层流动能湍流模型的数值模拟方法

计算物理 ›› 2013, Vol. 30 ›› Issue (2): 169-179.

基于层流动能湍流模型的数值模拟方法

甘文彪, 周洲

西北工业大学无人机特种技术重点实验室, 西安 710065

收稿日期:2012-05-21 修回日期:2012-10-14 出版日期:2013-03-25 发布日期:2013-03-25
作者简介:甘文彪(1985-),男,湖南邵阳,博士,研究方向为计算流体力学和飞行器气动优化设计,E-mail:ganhope@126.com
基金资助:
国家自然科学基金(11202162);国家"863"预研基金(9140A25010312HK0301)资助项目

Reynolds-averaged Navier-Stokes Method with Laminar Kinetic Energy Turbulent Model

GAN Wenbiao, ZHOU Zhou

Science and Technology Key Laboratory on UAV, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710065, China

Received:2012-05-21 Revised:2012-10-14 Online:2013-03-25 Published:2013-03-25

摘要/Abstract

摘要： 从层流动能出发提出数值模拟原则;综合考虑自然、旁路和分离流转捩的因素构建实用的层流动能湍流模型,结合预处理和基本求解技术发展出适于转捩流动的数值模拟方法和程序.针对预处理技术,以Weiss-Smith矩阵为基础,考虑湍流粘性的影响;针对基本离散格式和边界条件,结合模型方程进行对角占优强化等特殊处理.最后通过平板边界层和典型翼型,特别是低雷诺数翼型的数值模拟,验证数值方法的有效性和鲁棒性.算例表明本文的方法能够为求解更复杂的流动提供参考.

关键词: 层流动能湍流模型, 转捩, 低雷诺数, 预处理技术, 翼型

Abstract: We set up simulation principles,and build simulation method and codes with laminar kinetic energy turbulent model,in which natural,bypass and separation translation are considered.Time derivatives of three-dimensional Navier-Stokes equations are preconditioned with Weiss-Smith preconditioning matrix.Effect of turbulent eddy viscosity is considered.Time split,spatial split and boundary conditions are specially treated to diagonal dominant matrix.Boundary layer and airfoil flow simulations are available.It is shown that the method is efficient and robust for basic aerodynamic flows.It provides reference to more complex flows.

Key words: laminar kinetic energy turbulent model, transition, lower Reynolds, preconditioning technique, airfoil

中图分类号:

O351

甘文彪, 周洲. 基于层流动能湍流模型的数值模拟方法[J]. 计算物理, 2013, 30(2): 169-179.

GAN Wenbiao, ZHOU Zhou. Reynolds-averaged Navier-Stokes Method with Laminar Kinetic Energy Turbulent Model[J]. CHINESE JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS, 2013, 30(2): 169-179.

[1]	余秋阳, 包芸, 王圣业, 王光学. B-C转捩模型的DDES方法模拟转捩大分离流动[J]. 计算物理, 2020, 37(1): 46-54.
[2]	蔡林峰, 李昊歌, 陈伟芳. 无限展长后掠翼边界层定常横流不稳定转捩分析[J]. 计算物理, 2019, 36(2): 175-181.
[3]	曾现洋, 倪国喜. 振动NACA0012翼型的移动网格数值模拟[J]. 计算物理, 2016, 33(3): 266-272.
[4]	陈永彬, 唐智礼, 盛建达. 跨音速自然层流翼型多目标优化设计[J]. 计算物理, 2016, 33(3): 283-296.
[5]	潘宏禄, 关发明, 袁湘江, 卜俊辉. 高超声速平板边界层/圆柱粗糙元非定常干扰[J]. 计算物理, 2015, 32(5): 537-544.
[6]	陈林, 袁湘江. 转捩边界层中的上喷下扫运动[J]. 计算物理, 2013, 30(1): 53-60.
[7]	杨帅帅, 孙玉发. 应用AWE技术和等效偶极子法快速计算目标宽带RCS[J]. 计算物理, 2012, 29(3): 406-410.
[8]	韩忠华, 宋文萍, 乔志德. YLSG 107高升力翼型主动流动控制的数值模拟[J]. 计算物理, 2009, 26(6): 837-841.
[9]	毛枚良, 邓小刚, 陈亮中, 陈坚强. 常气压辉光放电等离子体对边界层流动的影响[J]. 计算物理, 2009, 26(1): 57-63.
[10]	潘宏禄, 马汉东, 王强. 压缩拐角激波/湍流边界层干扰特性分析[J]. 计算物理, 2008, 25(5): 549-554.
[11]	欧平, 马汉东, 汪翼云. 任意马赫数非定常流动数值模拟的统一算法[J]. 计算物理, 2007, 24(2): 166-170.
[12]	李建华, 李锋. 低雷诺数反齐默曼机翼的气动特性[J]. 计算物理, 2007, 24(1): 49-53.
[13]	肖志祥, 陈海昕, 李启兵, 符松. 湍流模式对转捩的初步研究[J]. 计算物理, 2006, 23(1): 61-65.
[14]	白鹏, 崔尔杰, 周伟江, 李锋. 隐式格式求解拟压缩性非定常不可压Navier-Stokes方程[J]. 计算物理, 2005, 22(5): 386-392.
[15]	刘嘉, 雷麦芳, 姚文秀, 王发民. 高超声速边界层流动转捩研究[J]. 计算物理, 2004, 21(1): 61-67.