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湍流转捩模式研究进展

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符松 王亮

清华大学航天航空学院,北京100084

力学进展
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国际标准刊号:ISSN 1000-0992
国内统一刊号:CN 11-1774

摘  要:

以湍流模式理论为基础发展起来的湍流转捩模式是一种十分重要的转捩预测方法。本文对转捩模式的研究进行了回顾。首先,探讨了以低雷诺数湍流模式理论研究转捩问题的局限性,此类模式中,用来模拟黏性层次的阻尼函数经过修正之后,具有一定的转捩预测能力。但也有观点认为这只是一种数值上的巧合而已。其次,指出了考虑间歇性的模式所存在的问题。此类模式通过各种方式将间歇因子与湍流模式进行耦合,在一定程度上考虑了转捩的物理机制,可较好地模拟简单流动中的转捩过程。但其中所包含的非局部变量使其与现代CFD方法并不协调一致。接着,分析了完全由局部变量构造的新型转捩模式,其中涉及了关于非湍流脉动动能等转捩特征变量的新型输运方程。最后,对此领域的发展方向进行了预测。[著者文摘]

从理论研究角度来说,转捩过程是经典物理学遗留的最具挑战性的问题,它是从简单分层稳定状态到复杂混沌湍流状态的过渡.从应用角度来说,转捩过程是许多机械装置内部及其表面流动中最重要的过程,若能对转捩进行可靠的预测及控制,就可大幅度提高这些装置的性能和效率.转捩过程受到来流湍流度、来流马赫数、压力梯度及其它诸多因素的影响,因此存在着多种物理机制.高空中来流湍流度较低(小于0,1%),层流中的Tollmien—Schlichting波或横流不稳定波的非线性指数增长将导致湍斑的出现,之后流动迅速发展为完全湍流状态,这种过程被称为自然转捩[ 】或横流转捩.2J.而叶轮机械中来流湍流度较高(大于1%),这时边界层内扰动呈代数增长,不再服从指数规律,这就是跨越(bypass)转捩【3J.此外,逆压梯度会导致层流边界层与壁面分离,从而引发分离流转捩【4j.反过来,顺压梯度会使湍流边界层再层流化.5J.目前,转捩预测方面的研究可分为两类:一是经验近似方法,一是基于稳定性......

文章出处:

《力学进展》-2007年37卷3期 -409-416页

Advances in Mechanics

分 类 号:

O357.5

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[参考文献]

PROGRESS IN TURBULENCE/TRANSITION MODELLING

FU Song, WANG Liang(School of Aerospace, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Abstract:

One of the effective approaches to simulating laminar-turbulent transition flows is the transition / turbulence modeling based on Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. In this paper, its development is reviewed. First, we analyze the limitations of the so called low-Reynolds number turbulence models for transitional flows. These models, with modified damping functions for the viscous sublayer, seem to have some ability for transition prediction, while it is argued that it is just a chance coincident in numerical simulation. Second, the correlation-based transition models are discussed. These models, always constructed by considering the intermittency factor, take into account the physical mechanism of transition in some extent, thus can model the transition procedure in several simple flows. Unfortunately, it is not easy to make these models compatible with modern CFD methods because of the non-local variables in model equations. Thirdly, based completely on local variables, some recently proposed transition models related to the new transport equations of laminar kinetic energ% transitional momentum thickness, Reynolds number and other characteristic parameters are analyzed. Finally, the future challenges are pointed out.[著者文摘]

Key words:

transition, turbulence model, intermittencyfactor, boundary layer

收稿日期: 2006-11-02
修订日期: 2007-06-12

基金资助:

国家自然科学基金(10232020,90505005),博士点专项基金资助项目

作者简介:

E-mail:fs—dem@tsinghua.edu.cn。

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