考虑转捩影响的DDES-AC方法及其在翼型近失速中的应用

【作者】 刘凯； 肖志祥；

【机构】 清华大学航天航空学院；

【摘要】 前缘转捩和尾缘分离共存的非定常流动问题是机翼近失速流动的典型特征,它包含了边界层转捩、剪切层失稳、尾缘分离等一系列复杂流动现象,对精确预测方法提出了极大的挑战。DNS或动态LES方法能够同时解析转捩和尾缘分离,但计算量过大。RANS-LES混合方法兼顾了效率与精度,但DDES方法在预测中等分离时存在RANS向LES转换的"灰区"问题,且基于全湍流的RANS-LES混合方法无法预测转捩过程,导致前缘摩阻和尾缘分离位置预测误差较大。为了高效模拟前缘转捩和精细解析尾缘分离流动（小尺度湍流结构）,缓解DDES在预测中等分离时的"灰区"问题,将DDES方法中的LES长度尺度系数C_DES设计为与分离流动自适应的形式（Adaptive coefficient,AC）,基于k-ω-γ转捩模式考虑第一模态失稳的转捩效应,构造了基于转捩模式的自适应系数DDES方法（DDES-AC-Tr）,它一方面考虑了转捩的影响,还将分离初期的准二维剪切层区域C_DES合理有效减小,从而加速剪切层失稳,缓解灰区。自适应系数C_DES的构造如式（1）,验证结果如图1:采用DDES、DDES-AC、DDES-AC-Tr等三种方法预测了马赫数0.15的A-Airfoil翼型近失速流动,结果表明:DDES-AC方法能够促进剪切层失稳,加快RANS到LES的转换,解析出更多小尺度涡结构,有效减缓"灰区"问题;考虑转捩后,前缘摩阻及尾缘分离位置与实验结果更加吻合,有效验证了基于转捩模式的自适应系数DDES方法对转捩及尾缘分离共存非定常流动的预测能力。更多还原