适于高超声速流动全过程的Tr-RANS-LES混合方法研究

【作者】 杨益江； 肖志祥；

【机构】 清华大学航天航空学院；

【摘要】 高超声速飞行器流动现象复杂,即包括上游高超声速边界层转捩,又包括下游激波/边界层干扰(SWBLI)引起局部分离。若单独预测各类流动,高超声速边界层转捩可用转捩模式进行模化,SWBLI流动可用RANS-LES混合方法结合植入式合成湍流方法进行解析;但对于高超声速流动全过程一体化预测,难度较大,常规湍流预测方法还存在一定的不足。为此,发展了耦合转捩模式及植入式合成湍流的RANS-LES混合方法,即Tr-IDDES-SPOM。上游k-ω-γ转捩模式模化高超声速边界层转捩,获得准确的边界层发展历程;湍流区合成粒子组方法 3)(SPOM)植入湍流扰动,诱导小尺度湍流结构生成,获得充分发展的湍流边界层;下游SWBLI干扰区则采用IDDES方法解析局部分离流动,实现层流、转捩、湍流乃至局部分离流动的全过程一体化数值预测。采用马赫数6.2的高超声速平板对Tr-IDDES-SPOM方法进行了验证,结果表明:Tr-IDDES-SPOM可准确预测上游转捩,且在下游获得充分发展的湍流边界层,壁面热流分布与实验吻合;采用Tr-IDDES-SPOM模拟了马赫数7.7的高超声速前体进气道流动,实现了上游层流分离诱导转捩、下游进气道SWBLI及激波反射等引起局部分离的流动全过程一体化数值预测。更多还原