《可壓縮壁湍流多尺度依賴的大渦模擬理論及套用研究》是依託中國科學院力學研究所，由於長平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：可壓縮壁湍流多尺度依賴的大渦模擬理論及套用研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：於長平
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
通過對典型可壓縮壁湍流中速度、溫度的平均量、脈動量及其結構特徵的數值計算及理論分析，得到適用於可壓縮湍流（含高Mach數可壓縮湍流）大渦模擬的亞格子應力及亞格子熱流多尺度依賴的物理約束條件，與此同時構建（或改進）亞格子應力及亞格子熱流模型。利用可壓縮壁湍流的直接數值模擬數據進行先驗評估，並由此修正亞格子模型及其多尺度依賴的物理約束條件。利用多尺度依賴的大渦模擬對不同Mach數的可壓縮壁湍流做數值模擬並進行後驗評估，從而確定多尺度依賴條件形式及改進的亞格子模型的具體形式。最終將該多尺度依賴的大渦模擬用於高超聲速飛行器等高Mach數流場的數值研究。
結題摘要
隨著計算機技術快速發展，大渦模擬（LES）逐漸成為高雷諾數湍流數值模擬的主流方法。航空航天工程中典型的可壓縮壁湍流問題的正確模擬對於先進飛行器的研製尤為關鍵，可壓縮壁湍流多尺度依賴的大渦模擬方法是突破現有大渦模擬理論限制，提高可壓縮壁湍流模擬結果可靠性的一個重要嘗試，具有重要的理論與工程意義。在該領域的研究中本課題組基於湍流基本理論先後提出了能反映尺度依賴的尺度自適應的亞格子模型、基於能流/熱流相似準則的大渦模擬方法以及新型動態LES，並與本課題組自有OpenCFD可壓縮湍流基本計算軟體結合，套用到可壓縮壁湍流領域。 尺度自適應的亞格子模型基於在給定的任意尺度上的粘性耗散與亞格子耗散是一個線性關係的假設，引入能量的全尺度譜等理論通過理論分析以及直接數值模擬流場數據的先驗分析確定了在任意濾波尺度上亞格子模型的表達式，突破了傳統大渦模擬需要在慣性區進行的理論限制，實現了模型的尺度依賴。基於能流/熱流相似準則的大渦模擬方法，主要以湍流的級串理論為基礎，通過在任意濾波尺度上保證通過亞格子模型所產生的能流與亞格子熱流與真實的能流與熱流在時間與空間尺度上保持相似，從而保證了亞格子模型的多尺度依賴。新型動態LES方法以檢波尺度亞格子耗散的平方差最小為基本思路，突破傳統的動態方法以Germano等式為基礎並要求在慣性區尺度不變性的限制，進而滿足尺度自適應。上述尺度依賴的亞格子模型、方法已在均勻各向同性湍流、槽道流等經典湍流算例中得到驗證，並經過平板流、壓縮折角等典型可壓縮壁湍流得到套用。 本項目發表期刊論文19篇，其中SCI收錄16篇，該成果已套用到轉捩/湍流控制的理論研究及飛機部件級飛彈等氣動力計算的工程問題當中。
