纵向沟槽面超声速阻力特性大涡模拟

发布时间：2021-06-17 09:33

　　针对超声速壁面边界层流动问题,提出一种基于纵向梯形沟槽薄膜的减阻方法。利用基于有限差分的程序对纵向梯形沟槽壁面超声速流场进行数值模拟,对于湍流的模拟采用大涡模拟（LES）方法。通过对比超声速平面壁面流动结构与超声速梯形沟槽壁面边界层流动结构特征的区别,分析减阻特性,并给出了来流Mach数对给定沟槽壁面减阻效率的影响情况。结果表明,超声速流动情况下,对于一种特定构型的纵向梯形沟槽面,存在一个具有良好减阻效率的来流Mach数区间,通过分析湍流边界层流场结构特征,总结出该梯形沟槽面的减阻规律。特别地,当来流Mach数M=2.0时,该梯形沟槽能够产生2.18%的最大减阻效率。 

【文章来源】：航空计算技术. 2019,49(05)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

计算流场网格划分及流向截面网格

图2计算流场网格划分及流向截面网格数设定为μ=1．78×10－5m2/s;边界条件设置如下:1)为了模拟沟槽面上充分发展的湍流，流场的出口和入口均设置为远场条件;2)光滑平面和沟槽面设置为无滑移绝热固壁面;3)两侧面采用周期性边界条件;4)顶部表面设置为对称面。2计算及结果分析2．1沟槽面湍流边界层流场结构特征及减阻分析本文计算了来流主流Mach数分别为M=1．0、2．0、2．5、6．0的四种工况。图3中Mach数M=2．0时，沟槽表面和光滑表面正视图投影方向的表面摩擦力系数云图。由图可知，M=2．0时，沟槽壁面谷底区域的壁面摩擦力系数均值为0．0027左右，尖峰区域的壁面摩擦力系数均值为0．0045左右，光滑平面的壁面摩擦力系数均值为0．0038左右，而沟槽面谷底区域面积占到整个沟槽面总面积的70%以上，当M=2．0时，沟槽面表面摩擦力系数小于光滑平面表面摩擦力系数，这也解释了对于相同投影面积的沟槽面和光滑平面，虽然沟槽面的浸润面积大于光滑平面，但是沟槽面仍然存在减阻效果。图3梯形沟槽面和光滑平面表面摩擦力系数云图图4为来流Mach数M=2．0时，沿着流向x=0．3、0．7位置处流向截面的Mach数分布云图，由图可知，随着流向距离的增加，沟槽面底层低速流体的厚度在增加，在距离壁面同一高度处，流过沟槽面的流体速度低于光滑平面的流体速度。图4不同流向截面位置处的Mach数分布图5为来流Mach数M=2．0时，沿着流向x=0．3、0．7位置处流场截面的湍流黏度比(TurbulentVis-cosityＲatio)的分布云图，从图中可以看出，随着流向距离的增加沟槽面明显改变了近壁面区域的湍流流场结构，由于

0时，沟槽面表面摩擦力系数小于光滑平面表面摩擦力系数，这也解释了对于相同投影面积的沟槽面和光滑平面，虽然沟槽面的浸润面积大于光滑平面，但是沟槽面仍然存在减阻效果。图3梯形沟槽面和光滑平面表面摩擦力系数云图图4为来流Mach数M=2．0时，沿着流向x=0．3、0．7位置处流向截面的Mach数分布云图，由图可知，随着流向距离的增加，沟槽面底层低速流体的厚度在增加，在距离壁面同一高度处，流过沟槽面的流体速度低于光滑平面的流体速度。图4不同流向截面位置处的Mach数分布图5为来流Mach数M=2．0时，沿着流向x=0．3、0．7位置处流场截面的湍流黏度比(TurbulentVis-cosityＲatio)的分布云图，从图中可以看出，随着流向距离的增加沟槽面明显改变了近壁面区域的湍流流场结构，由于沟槽的存在，切断了近壁区流体的展向运动，抑制了流体微团间的动量交换，使得沟槽底部存在大量低速稳定的流体，它们与接触壁面的相对运动较图5不同流向截面位置处的湍流粘性量分布·25·航空计算技术第49卷第5期

【参考文献】：
期刊论文
[1]沟槽面湍流边界层减阻特性研究[J]. 王晋军,兰世隆,苗福友.  中国造船. 2001(04)
[2]沟槽面湍流减阻研究综述[J]. 王晋军.  北京航空航天大学学报. 1998(01)



本文编号：3234942