[發明專利]一種考慮轉捩擾動因素的γ-Reθt

有效

• 申請號: 202011487219.0
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112597708B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 邱若凡;鮑越;周康;尤延鋮;閆成
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/17;G06F30/15;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種考慮轉捩擾動因素的γ?Re_θt轉捩模型標定方法，涉及邊界層流動轉捩領域。提出一種可實現考慮粗糙顆粒、橫流、尾跡等擾動因素γ?Re_θt轉捩模型的通用標定方法，通過分析擾動因素的相關特征，引入轉捩判據的通用形式通過建立轉捩判據系數α與擾動因素特征參數關系數據庫來擬合出二者的函數關系，在此基礎上，轉捩預測對象可基于擾動因素特征參數匹配出與之相適應的轉捩判據。提高了γ?Re_θt轉捩模型預測擾動因素影響下邊界層轉捩位置的精度，同時也擴展模型在不同擾動因素特征下的應用。

技術領域

本發明涉及邊界層流動轉捩領域，具體是涉及一種考慮轉捩擾動因素的γ-Re_θt轉捩模型標定方法。

背景技術

在飛行器設計過程中，邊界層轉捩是必須考慮的關鍵問題之一。對傳統的飛行器來說, 邊界層轉捩計算是否準確會涉及飛行器操縱的效率與安全問題，對于發動機壓氣機、渦輪等葉輪機械而言，開展邊界層轉捩計算不僅會有助于揭示邊界層轉捩的流動機理還會提高運轉的穩定性與設計的可靠性；因為邊界層內湍流的熱傳導系數與層流熱傳導系數不同，此時使用傳統的全層流或者全湍流計算方法會導致很大的誤差。若能夠準確預測轉捩位置和轉捩長度或控制轉捩的發生，對優化飛行器氣動性能與熱防護系統，獲得高效率渦輪，降低發動機耗油率有巨大幫助；因此，開展邊界層轉捩數值預測方法的研究，對于航空航天工程具有十分重要指導意義。

近幾十年來，預測邊界層轉捩的方法最主要的是：基于線性穩定性的e^N方法、大渦模擬法(LES)、直接數值模擬法(DNS)、基于雷諾平均(RANS方程)的轉捩模型方法等；其中，e^N方法通過抽取邊界信息求解線性穩定性方程，可以準確描述線性穩定過程，其局限性在于e^N方法于不能應用于復雜的三維模型且不能與現代CFD技術兼容；DNS方法與LES方法較高的計算精度可以精確描述邊界層的轉捩現象，但在當前計算條件下大量計算資源的消耗令這兩種方法并沒有應用到大規模工程項目中；而基于RANS方程的轉捩模型方法則平衡了準確性與計算資源，其中就包括基于間歇因子的轉捩模型。

自Dhawan和Narasimha(Dhawan S.,Narasimha R.,Some properties ofboundary layer flow during the transition from laminar to turbulent motion[J].Journal of Fluid Mechanics,1958,3 (04):418)在1958年首次提出間歇因子γ的定義后，大量基于間歇因子的轉捩模型出現；其中，γ-Re_θt轉捩模型結合經驗公式方法和間歇因子方法，通過關于轉捩動量厚度雷諾數的經驗公式來控制邊界層內間歇因子的增長，進而控制轉捩的發生，通過間歇因子來控制湍流模型在整個過程中的作用。整個模型完全基于當地變量，可以與現代非結構化網格及大規模并行的CFD技術相兼容，對計算資源要求不嚴苛，故更適合工程上的應用。對于存在擾動因素的情況，在分析轉捩模型出現的誤差及可能原因后，推測出實際情況需綜合考量擾動因素的影響，且不同擾動因素的特征參數對轉捩的影響各異；因此,在不同擾動因素特征參數下的轉捩判據不同。至今未見專門針對不同擾動因素特征的轉捩判據。

發明內容

本發明目的在于提供可提高γ-Re_θt轉捩模型預測擾動因素影響下邊界層轉捩位置精度，擴展模型在不同擾動因素特征下應用的一種考慮轉捩擾動因素的γ-Re_θt轉捩模型標定方法。

本發明包括以下步驟：

步驟1：利用轉捩模型對T3A等平板邊界層轉捩算例進行模擬，驗證γ-Re_θt轉捩模型程序；

步驟2：利用原始轉捩模型對轉捩預測對象進行仿真，分析轉捩誤差原因，提取擾動因素特征參數；所述擾動因素特征參數包括粗糙粒長度a、寬度b、高度c等；