翼型RAE2822及ONERA M6三维翼数值研究

发布时间：2020-07-04 07:56

【摘要】：本文采用隐式大涡模拟方法对高雷诺数翼型RAE2822和ONERA M6三维翼进行了多工况,大规模,高精度数值模拟,对模拟结果进行了详细对比与分析.主要内容如下:(1)对来流马赫数0.729,基于弦长的雷诺数6.5×10~6,攻角为2.31~°的超临界翼型RAE2822进行了隐式大涡模拟.通过压力系数及摩擦阻力系数的网格收敛性测试及压力系数/摩擦阻力系数与实验结果的对比对数值模拟的结果进行了验证.并对翼型上表面的激波-湍流边界层干扰进行了研究,对湍流的统计特征以及激波附近的拟序涡结构进行了分析.主要分析了干扰过程中脉动速度的均方根,雷诺应力,湍动能的生成、耗散及分配机制.结果表明,激波的出现对于速度脉动和雷诺应力的幅值及峰值位置有显著的影响,而且干扰过程中产生了大量湍动能,并且湍动能的主要耗散区仍在近壁,湍动能的分配机制并非生成-耗散相互平衡,而是一种更为复杂的平衡关系.(2)对来流马赫数0.8395,基于弦长的雷诺数1.172×10~7,攻角3.06~°的三维ONERA M6机翼进行了隐式大涡模拟,计算结果清晰地展现了尾端的激波和边界层内丰富的湍流结构.并且大概在40%弦长以前,边界层由大尺度的涡结构组成,可以看到大量的马蹄涡,向下游顺着流向发展,这些涡逐渐抬头,并被拉伸,进而发生破碎,形成大量的小尺度结构,进入湍流状态,这一变化过程具有典型的湍流发生机理,具有典型的TS波演化特征.本研究对于我国大型飞行器机翼设计具有一定的参考价值.同时隐式大涡模拟方法可以得到很多湍流的脉动信息,能够捕捉到RANS方法所无能为力的许多非稳态,非平衡过程中出现的大尺度效应和拟序涡结构,这可以为流动机理的研究做出贡献,并且能指导RANS方法的改进.
【学位授予单位】：北方民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O357.5;V211.41
【图文】：

工况图,工况,表面压力,翼型

三维翼数值模拟3.2.3 结果验证四个工况的压力曲线和摩阻曲线如图3.5和图3.6所示.其中,压力曲线的实验数据来源于文献[85, 88],同时工况3,4的压力曲线也与他人数值结果[89]进行了对比;摩阻曲线与文献[90]进行了对比.(a)工况1,2(b)工况3,4图3.5:翼型表面压力曲线(a)工况1,2(b)工况3,4图3.6:翼型表面摩阻曲线由图3.5和图3.6可以发现,数值计算结果与实验结果基本吻合,因此数值方法和程序的可靠性得以验证.并且细网格(工况3,4)的模拟结果更加准确、精细,后面主要分析细网格下的数值模拟结果.而且本文的流场分析主要集中在背风面(上表面,leeward)流场,对迎风面(下表面,windward)的流动特性研究较少.因此后面未加特殊说明,均是对背风面的分析.为了验证网格的收敛性,将工况3的网格进行了展向加密得到工况4，如上表(表2)所示.图3.7给出了工况3和工况4的压力曲线和翼型上表面摩阻曲线的对比. 23

工况图,工况,表面摩阻,翼型

四个工况的压力曲线和摩阻曲线如图3.5和图3.6所示.其中,压力曲线的实验数据来源于文献[85, 88],同时工况3,4的压力曲线也与他人数值结果[89]进行了对比;摩阻曲线与文献[90]进行了对比.(a)工况1,2(b)工况3,4图3.5:翼型表面压力曲线(a)工况1,2(b)工况3,4图3.6:翼型表面摩阻曲线由图3.5和图3.6可以发现,数值计算结果与实验结果基本吻合,因此数值方法和程序的可靠性得以验证.并且细网格(工况3,4)的模拟结果更加准确、精细,后面主要分析细网格下的数值模拟结果.而且本文的流场分析主要集中在背风面(上表面,leeward)流场,对迎风面(下表面,windward)的流动特性研究较少.因此后面未加特殊说明,均是对背风面的分析.为了验证网格的收敛性,将工况3的网格进行了展向加密得到工况4，如上表(表2)所示.图3.7给出了工况3和工况4的压力曲线和翼型上表面摩阻曲线的对比. 23

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