合成粒子组方法在激波边界层干扰流动中的验证与应用

【作者】 杨益江； 郭晓伟； 肖志祥；

【机构】 清华大学航天航空学院；

【摘要】 激波/边界层干扰(SWBLI)在高速飞行器绕流中极为普遍且十分重要,它包含了激波入射与反射、分离与再附、运动激波等一系列复杂流动现象,对湍流预测方法提出了极大的挑战。尽管RANS-LES混合方法(如IDDES)可兼顾计算精度与效率,但在预测此类局部分离时短板十分突出,即缺乏上游小尺度湍流结构,常导致干扰区的预测误差较大。为提高分离区的预测精度,保持RANS-LES混合方法优势,在干扰区上游流场中引入合成粒子组方法(Synthetic Particle grOup Method,SPOM),在附体边界层内诱导生成小尺度湍流结构,加快混合方法从RANS至WMLES的切换,缓解混合方法的灰区问题(GAM)。SPOM方法基于RANS流场,通过给定核函数定义粒子形状和大小,当网格尺度足以解析小尺度湍流结构时,自动生成粒子;且SPO具有一定密度、寿命,还具有当地特性及随机性。SPO的核函数见式(1);SPO示意、压缩拐角流动及粒子,以及部分结果,见图1。(?)(1)采用IDDES-SPOM方法预测了马赫数2.25的压缩拐角流动,结果表明:在压缩拐角上游注入SPO后,IDDES方法能快速从RANS切换至WMLES模态,自动诱导生成了小尺度发卡涡结构,并快速发展成为适定的湍流边界层;从摩阻系数对比可知,SPOM方法与DNS结果较为吻合,可有效减缓混合方法的灰区问题。现有计算结果与DNS的误差,主要源于分离区前的边界层厚度,有望在后续研究中改进。更多还原