一种改进的壁面摩擦阻力预测方法

【作者】 刘宇琦； 李栋； 罗坤； 樊建人； 刘青泉；

【机构】 北京理工大学宇航学院力学系； 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室；

【摘要】 当物体表面和流体之间有相对运动时,由于流体具有粘性,在固体表面上产生粘性阻力,即壁面摩擦阻力。壁面摩擦阻力在车辆、飞机、船舶等交通运输工具的总阻力中占有很大比例,是影响其速度和能耗的关键因素。由于直接获得壁面摩擦阻力需要非常精细的实验测量手段以及高精度、高分辨率的数值模拟方法,基于流场的平均和脉动信息预测壁面摩擦阻力一直是学术界和工程领域的热点问题。本文在FIK恒等式（Fukagata,K.,Iwamoto,K.,and Kasagi,N.,Contribution of Reynolds stress distribution to the skin friction in wall-bounded flows,Phys.Fluids,14,2002,p.L73）基础上,通过将平均动量输运方程沿壁面法向方向（α≤y≤β,α,β∈[0,1]）进行二次积分,并利用分部积分变换,得到了一种改进的壁面摩擦阻力预测公式。该预测公式仅与近壁面的总剪切应力有关,其表达式为C_f,p=2τ_α,其中τ_α为法向y=α处的总剪切应力。基于文献中大量的实验和数值模拟数据对改进的壁面摩擦阻力预测公式进行了检验,证明了该模型的准确性。此外,本文进一步对壁面摩擦阻力预测公式的参数影响规律进行了研究,发现在一定误差范围内α的取值与雷诺数无关。更多还原