基于三种亚格子模型的空腔振荡流动计算
发布时间：2020-03-09 05:00
【摘要】：使用三种亚格子应力模型,对长深比(L/D)为5的三维矩形开式空腔的可压缩流体进行大涡模拟计算。研究得到的空腔自激振荡频率与Rossiter公式计算结果和实验结果吻合良好,结果显示振荡能量主要集中在较低频率区域,压力幅值主要出现在前三阶模态。Dynamic Smagorinsky-Lilly(DSM)模型在空腔前后壁面附近区域的脉动强度分布比Smagorinsky-Lily(SM)模型更为接近实验值,Wall Adapting Local Eddy Viscosity(WALE)模型的脉动强度分布与实验值最为接近。由空腔底部监测点声压级分布及声压频谱图可以看出:WALE模型性能最佳,DSM模型结果也与实验结果相符合,SM模型的预测性能略差。
【图文】：
谥椭寡沽?ｐ０＝１００９９６Ｐａ，，滞止温度Ｔ０＝３０９．３Ｋ，对应的自由流速度Ｕ!＝２８０．２ｍ／ｓ，基于空腔长度的雷诺数ＲｅＬ＝６．８×１０６。计算区域由空腔和空腔上方主流区域两部分组成，坐标原点在空腔底板中心处，主流区长（Ｌ′）、宽（Ｗ′）、深（Ｄ′）分别平行于空腔长（Ｌ）、宽（Ｗ）、深（Ｄ）。对整个流体区域划分结构网格，网格采用分区划分和局部加密技术，离壁面近处稠密，远离壁面稀疏［２］。模型尺寸及网格分布情况如表１和图１所示，表１中Ｙ＋表示第一层网格到壁面距离的量纲为一量，用来考察网格质量的优劣。表１模型尺寸及网格参数Ｔａｂｌｅ１ＭｏｄｅｌｓｉｚｅａｎｄｍｅｓｈｐａｒａｍｅｔｅｒｓＩｔｅｍＳｉｚｅ／ｍｍＮｕｍｂｅｒｏｆｎｏｄｅｓＹ＋Ｌ５０８１６２０～９０Ｗ１０１．６７６０～９０Ｄ１０１．６７６０～９０Ｌ′２０８２．８３２２４０～１８０Ｗ′８１２．８１７９—Ｄ′７８７．４８５—图１计算区域及网格分布情况Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｒｉｄ在空腔底板Ｙ＝－２５．４ｍｍ的线上均匀分布Ｐ１～Ｐ１０共１０个监测点，点与点之间的距离为１２６
第１期白海涛，等：基于三种亚格子模型的空腔振荡流动计算５０．８ｍｍ，１０个监测点位置对应英国国防科技公司ＱｉｎｅｔｉＱ对该空腔进行压力脉动测量实验的监测点，各个监测点分布情况如图２所示。图２监测点分布Ｆｉｇ．２Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓ２数值计算方法２．１控制方程与方法可压缩流动的连续方程、动量方程和能量方程的量纲为一形式如下：鐓ρ—鐓ｔ＋鐓鐓ｘｉ（ρ—ｕ～ｉ）＝０（１）鐓（ρ—ｕ～ｉ）鐓ｔ＋鐓鐓ｘｊ（ρ—ｕ～ｊｕ～ｉ）＝－鐓Ｐ—鐓ｘｉ＋鐓σ～ｉｊ鐓ｘｊ＋鐓τｉｊ鐓ｘｊ＋鐓鐓ｘｊ（σ—ｉｊ－σ～ｉｊ）（２）鐓（Ｅ～Ｔ）鐓ｔ＋鐓鐓ｘｊ（Ｅ～Ｔ＋Ｐ—）ｕ～［ｊ］＝鐓（σ～ｉｊｕ～ｉ）鐓ｘｊ－鐓ｑ～ｊ鐓ｘｊ＋Ｓ（３）其中：ｉ，ｊ分别表示沿ｘ，ｙ方向分量；ρ，ｔ，ｕ，ｐ分别表示密度，时间，速度，压力；σ，ＥＴ，ｑ，Ｓ分别表示正应力，总能量，热通量和源项；符号顶部“－”表示普通滤波变量；“～”表示Ｆａｖｒｅ滤波变量。参考进口自由流变量进行量纲为一化，参照长度为空腔深度。亚格子应力张量τｉｊ有如下定义：τｉｊ＝－（ρｕｉｕｊ－ρ—ｕ～ｉｕ～ｊ）（４）采用Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ假定，亚格子应力使用式（５）计算：τｉｊ－１３τｋｋδｉｊ＝－
本文编号：2585732
【图文】：
谥椭寡沽?ｐ０＝１００９９６Ｐａ，，滞止温度Ｔ０＝３０９．３Ｋ，对应的自由流速度Ｕ!＝２８０．２ｍ／ｓ，基于空腔长度的雷诺数ＲｅＬ＝６．８×１０６。计算区域由空腔和空腔上方主流区域两部分组成，坐标原点在空腔底板中心处，主流区长（Ｌ′）、宽（Ｗ′）、深（Ｄ′）分别平行于空腔长（Ｌ）、宽（Ｗ）、深（Ｄ）。对整个流体区域划分结构网格，网格采用分区划分和局部加密技术，离壁面近处稠密，远离壁面稀疏［２］。模型尺寸及网格分布情况如表１和图１所示，表１中Ｙ＋表示第一层网格到壁面距离的量纲为一量，用来考察网格质量的优劣。表１模型尺寸及网格参数Ｔａｂｌｅ１ＭｏｄｅｌｓｉｚｅａｎｄｍｅｓｈｐａｒａｍｅｔｅｒｓＩｔｅｍＳｉｚｅ／ｍｍＮｕｍｂｅｒｏｆｎｏｄｅｓＹ＋Ｌ５０８１６２０～９０Ｗ１０１．６７６０～９０Ｄ１０１．６７６０～９０Ｌ′２０８２．８３２２４０～１８０Ｗ′８１２．８１７９—Ｄ′７８７．４８５—图１计算区域及网格分布情况Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｒｉｄ在空腔底板Ｙ＝－２５．４ｍｍ的线上均匀分布Ｐ１～Ｐ１０共１０个监测点，点与点之间的距离为１２６
第１期白海涛，等：基于三种亚格子模型的空腔振荡流动计算５０．８ｍｍ，１０个监测点位置对应英国国防科技公司ＱｉｎｅｔｉＱ对该空腔进行压力脉动测量实验的监测点，各个监测点分布情况如图２所示。图２监测点分布Ｆｉｇ．２Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓ２数值计算方法２．１控制方程与方法可压缩流动的连续方程、动量方程和能量方程的量纲为一形式如下：鐓ρ—鐓ｔ＋鐓鐓ｘｉ（ρ—ｕ～ｉ）＝０（１）鐓（ρ—ｕ～ｉ）鐓ｔ＋鐓鐓ｘｊ（ρ—ｕ～ｊｕ～ｉ）＝－鐓Ｐ—鐓ｘｉ＋鐓σ～ｉｊ鐓ｘｊ＋鐓τｉｊ鐓ｘｊ＋鐓鐓ｘｊ（σ—ｉｊ－σ～ｉｊ）（２）鐓（Ｅ～Ｔ）鐓ｔ＋鐓鐓ｘｊ（Ｅ～Ｔ＋Ｐ—）ｕ～［ｊ］＝鐓（σ～ｉｊｕ～ｉ）鐓ｘｊ－鐓ｑ～ｊ鐓ｘｊ＋Ｓ（３）其中：ｉ，ｊ分别表示沿ｘ，ｙ方向分量；ρ，ｔ，ｕ，ｐ分别表示密度，时间，速度，压力；σ，ＥＴ，ｑ，Ｓ分别表示正应力，总能量，热通量和源项；符号顶部“－”表示普通滤波变量；“～”表示Ｆａｖｒｅ滤波变量。参考进口自由流变量进行量纲为一化，参照长度为空腔深度。亚格子应力张量τｉｊ有如下定义：τｉｊ＝－（ρｕｉｕｊ－ρ—ｕ～ｉｕ～ｊ）（４）采用Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ假定，亚格子应力使用式（５）计算：τｉｊ－１３τｋｋδｉｊ＝－
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1 唐学林,钱忠东,吴玉林;二阶双系数动态亚格子应力模型[J];水科学进展;2004年01期
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