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基于直接数值模拟的可压缩湍流模型评估和改进
引用本文:李新亮,傅德薰,马延文. 基于直接数值模拟的可压缩湍流模型评估和改进[J]. 力学学报, 2012, 44(2): 222-229. DOI: 10.6052/0459-1879-2012-2-20120204
作者姓名:李新亮  傅德薰  马延文
作者单位:1. 中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室, 北京 100190;2. 中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室, 北京 100190
基金项目:国家自然科学基金,国家重点基础研究发展计划,国家高技术研究发展计划
摘    要:对来流Mach数2.25和6的平板边界层湍流进行了直接数值模拟, 并通过与理论、实验及他人计算结果的对比对数值结果进行了验证. 基于直接数值模拟得到的湍流数据库, 对常用的湍流模型进行了先验评估. 评估的湍流模型有k-εvarepsilon模型(包括标准k-εvarepsilon 模型、可实现的k-εvarepsilon模型及低Reynolds数k-εvarepsilon模型)、SA模型及BL模型. 结果显示, 对于Mach2.25的平板边界层, 可实现的k-εvarepsilon 模型及低Reynolds 数k-εvarepsilon模型具有较好的预测能力, 而标准k-εvarepsilon模型预测的湍流黏性系数偏高; SA模型在边界层内层预测准确度较高, 而在外层预测值偏高. 而对于Mach6的平板边界层, k-εvarepsilon模型及SA模型预测的湍流黏性系数均偏高, 尤其是标准k-εvarepsilon模型. 对于Mach6的平板边界层, BL模型低估了内-外层交界位置, 造成湍流黏性系数预测值严重偏低. 作者通过修改模型系数及内-外层交界位置对BL模型进行了修改, 修改后模型预测的湍流黏性系数与DNS给出的值吻合较好.

关 键 词:直接数值模拟  湍流模型  先验评估
收稿时间:2010-12-10
修稿时间:2011-07-14

ASSESSMENT OF THE COMPRESSIBLE TURBULENCE MODEL BY USING THE DNS DATA
Li Xinliang,Fu Dexun,Ma Yanwen. ASSESSMENT OF THE COMPRESSIBLE TURBULENCE MODEL BY USING THE DNS DATA[J]. chinese journal of theoretical and applied mechanics, 2012, 44(2): 222-229. DOI: 10.6052/0459-1879-2012-2-20120204
Authors:Li Xinliang  Fu Dexun  Ma Yanwen
Affiliation:1. Key Laboratory of High Temperature Gas Dynamics, Institute of Mechanics, CAS, Beijing 100190;2. State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, CAS, Beijing 100190, China
Abstract:Direct numerical simulation(DNS) of turbulent flat-plate boundary layer flows with free-stream Mach numbers of 2.25 and 6 are performed,and the data are validated by compared with theoretical,experimental and numerical results.Based on the DNS data,turbulence models(including k-e model,SA model and BL model) are assessed.For Mach 2.25 case,numerical results show that the realizable k-e model agrees the DNS data very well and the turbulent viscous coefficient of the classical k-e model is higher than that of the DNS data.SA model gives quite good turbulent viscous in the inner layer of the boundary-layer,but it gives higher turbulent viscous in the outer layer.For high Mach number case,k-εmodels and SA model overestimate turbulent viscous coefficient.In Mach 6 case,BL model cannot give good interface location between the inner and the outer layer.To improve the BL model,the authors modify the coefficients,and the new model’s viscous coefficient agrees well with the DNS data.
Keywords:direct numerical simulation  turbulence model  assessment
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