适用于高雷诺数大分离湍流流动的自适应湍流模拟方法与流程

技术特征：
1.一种适用于高雷诺数大分离湍流流动的自适应湍流模拟方法，其特征在于，步骤如下：1)定义分辨率控制函数；2)通过湍流相干结构参数计算所述步骤1)中分辨率控制函数中的滤波尺度系数，从而得到滤波尺度，并进一步计算分辨率控制函数大小；3)随着计算网格尺度变化，使所述步骤1)中分辨率控制函数进行自适应调整，来实现在非定常rans模式、les模式和dns模式三者之间的自适应过渡；4)基于所述分辨率控制函数，将baseline k～ω湍流模型中的湍流粘性系数μ
t
进行修改，以完成自适应湍流模拟；所述步骤2)中的滤波尺度系数c
x
的表达式为：其中，max(a,b)为最大值函数；c0＝2.0和c
lim
＝0.1，二者均为模型常数；f
cs
为相干结构函数，其表达式为：其中，u
i
,u
j
分别表示x,y,z三个方向的速度分量，x
i
,x
j
分别表示x,y,z三个方向坐标，i,j＝1,2,3。2.根据权利要求1所述的适用于高雷诺数大分离湍流流动的自适应湍流模拟方法，其特征在于，所述步骤1)分辨率控制函数f
r
的表达式为：其中，为最小值函数，exp(d)＝e
d
为自然指数函数，n＝2和β＝0.002为模型常数，l
i
，l
c
和l
k
分别为积分长度尺度，滤波尺度和kolmogorov长度尺度，表达式分别为：l
c
＝c
x
(δ
x
δ
y
δ
z
)
1/3
l
i
＝k
3/2
/(β
*
kω)l
k
＝ν
3/4
/(β
*
kω)
1/4
其中，δ
x
,δ
y
,δ
z
分别为网格在x,y,z三个方向上的尺度大小，k为湍流动能，ω为湍流比耗散率，ν为分子运动粘性系数，β
*
＝0.09为模型常数。3.根据权利要求1所述的适用于高雷诺数大分离湍流流动的自适应湍流模拟方法，其特征在于，所述步骤3)中求解模式的自适应过渡具体为：当分辨率控制函数f
r
的大小趋近于1时，非定常rans模式占据主导地位，大部分湍流是通过baseline k～ω湍流模型模拟的；当分辨率控制函数f
r
随着网格尺度的减小逐渐减小
时，非定常rans模式占比逐渐下降，dns模式占比逐渐增加，此时恢复至les模式，湍流通过baseline k～ω湍流模型模拟的比重下降，直接求解的比重增加；当分辨率控制函数f
r
趋于0时dns模式占据主导，湍流全部被直接求解。4.根据权利要求1所述的适用于高雷诺数大分离湍流流动的自适应湍流模拟方法，其特征在于，所述步骤4)中baseline k～ω湍流模型中湍流粘性系数μ
t
的表达式为：μ
t
＝ρk/ω其中，ρ为流体密度，k为湍流动能，ω为湍流比耗散率；对baseline k～ω湍流模型中湍流粘性系数μ
t
进行修改，修改后的湍流粘性系数μ
t*
表达式为：μ
t*
＝f
r
ρk/ω其中，f
r
为分辨率控制函数，ρ为流体密度，k为湍流动能，ω为湍流比耗散率；使用上述修改后的湍流粘性系数μ
t*
对高雷诺数大分离湍流流动进行数值模拟。

技术总结
本发明公开了一种适用于高雷诺数大分离湍流流动的自适应湍流模拟方法，步骤如下：定义分辨率控制函数；通过应用湍流相干结构参数计算所述分辨率控制函数中的滤波尺度系数，从而得到滤波尺度，并进一步计算分辨率控制函数大小；随着计算网格尺度变化，使所述分辨率控制函数进行自适应调整，实现在非定常RANS模式、LES模式和DNS模式三者之间的自适应过渡；基于所述分辨率控制函数，将湍流模型中的湍流粘性系数进行修改，以完成自适应湍流模拟；本发明提出利用相干结构函数来计算分辨率控制函数中的滤波尺度系数，能够更加准确体现高雷诺数大分离流动的特征，克服以往计算中滤波尺度系数为常数时，湍流模拟精确程度有限的问题。题。题。


技术研发人员：韩省思 吴文昌 张宏达 万斌 程明 马宏宇
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2022.05.05
技术公布日：2022/9/6