文档介绍：中国科学技术大学
硕士学位论文
可压缩流动中非线性涡粘性模型的研究
姓名:谭超
申请学位级别:硕士
专业:热能工程
指导教师:叶桃红
20090501
摘要性涡粘性湍流模型对这类些现象的模拟结果精度较差,发展精度更高的湍流模型型线性涡粘性关系,将其换成以平均剪切应变张量和平均旋转应变张量幂次项表示的高阶展开式。模型借鉴显式代数应力模型得到的张量基底作为幂关键参量如激波产生位置、回流区长度、壁面压力分布、近壁面边界层平均速度、湍流强度与雷诺应力分布等的模拟结果明显优于原非线性涡粘性模型和低雷诺膨胀可压缩性;在新一代的超声速飞行器及超声速发动机成为当前流体力学领域研究热门的背景下,数值模拟由于投资少、能提供详尽结果等优点备受重视。本文针对数值模拟中的湍流模型这~重要因素进行研究。超声速流动中包含有激波与湍流、激波与边界层的相互作用和边界层分离等复杂湍流现象,在工程上广泛应用的线成为当前数值模拟研究的一个重要内容。非线性涡粘性模型由于具有显式特性,可以很容易耦合到当前广泛应用的线性涡粘性湍流模型。它依据把牛顿流体的湍流比拟于非牛顿流体的层流思想,摒弃雷诺应力张量与平均剪切应变张量之间的次项基底,再根据多个典型算例的实验和峁甓ǜ鞲呓渍箍O畹恼箍O数。目前常见的非线性涡粘性模型按最高幂次项基底阶数可以分为二阶模型和三阶模型。当前大部分涡粘性模型的模化都隐含了速度散度为零的假设,直接将其应用于超声速流动的研究是不合适的。本文综合考虑了超声速混合层中发展的膨胀可压缩修正,结合近年激波不稳定性方面的研究,在两种结合低雷诺数肛￡输运方程的非线性涡粘性模型二阶模型、啄P基础上,发展了可以应用于可压缩流动的甈以及甈非线性涡粘性模型。通过超声速后台阶流动、二维槽道跨声速流动以及二维轴对称凸包结构的算例验证,新发展的模型对分析激波与湍流、激波与边界层的相互作用和边界层分离等复杂湍流现象中的数P汀关键词:湍流可压缩性;激波不稳定性;非线性涡粘性;数值模拟:超声速;跨声速;摘要:
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作者签名:兰辿噬年中国科学技术大学学位论文相关声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。
第一章绪论研究背景另一方面,传统航天技术因为成本高、再使用周期长等缺点导致航天工业自年代末就陷入了发展瓶颈。因此,人们开始积极寻求发展新的高速飞行器,高超声速推进技术又迎来了一个蓬勃发展的时机。机、高超声速飞行器飞行实验和演示验证等相关方向进行了大量研究并已取得了重大突破,现在已经进入了飞行实验阶段。美国、俄罗斯、澳大利亚等同家的研士兰大学开展的国际研究计划等。年眨琀苹械固体火箭搭载超燃冲压发动机,在火箭再入大试验飞行。,实验研究由于高空环境模拟成本高、流场精确测量难以实现等困难受到很大限制,此计算流体力学方法,即在其中起到了关键作用。椒ǹ以提供详尽的流场参数和细节,解释实验所观察到的流动现象,优化实验方案,指导实验的开展,因此在超声速技术发展中具有得天独厚的优势。尽管丫〉昧撕艽蟪晒Γ谝恍┝煊蛉源嬖诮洗蟮奶粽剑渲械的可压缩性、强激波与湍流边界层相互作用、流体分离与再附着等。要深入理解这些现象必须要对基本的湍流、激波、边界层物理特性等问题实现更精确的模拟。世纪年代至今,一方面,由于军事防御技术和电子侦察技术的高速发展,目前在各国军队广泛部署的亚声速巡航飞行武器的打击效率正在逐渐降低;目前各大国竞相把高超声速技术作为重点发展的战略目标,在超燃冲压发动究处于较领先的地位,其中比较重要的计划有:支持的芯考苹美国空军支持的研究计划、俄罗斯的飞行计划以及澳大利亚昆飞行实验利用气层到达高度、时,模型发动机成功启动,。这几次飞行试验的成功巩固了人们将超燃冲压发动机作为下一代高速发动机研究发展的信心。关键之一就是湍流模拟。在超声速飞行器表面存在非常复杂的物理现象,如流体第滦髀
湍流概述湍流的数值模拟自然界中的流体流动状态主要有两种形式,即层流和湍流。层流是指流体在流动过程中相邻层之间没有相互混掺。湍流是指流体不是出于分层