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## 留言板 引用本文: 王天, 孙东, 郭启龙, 李辰, 袁先旭, 李博. 可压缩边界层的入口合成湍流生成方法. 力学学报, 2024, 56(3): 1-13 Wang Tian, Sun Dong, Guo Qilong, Li Chen, Yuan Xianxu, Li Bo. Inlet synthetic turbulence generation method for compressible boundary layer. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2024, 56(3): 1-13 doi: 10.6052/0459-1879-23-216
 Citation: Wang Tian, Sun Dong, Guo Qilong, Li Chen, Yuan Xianxu, Li Bo. Inlet synthetic turbulence generation method for compressible boundary layer. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2024, 56(3): 1-13 ## INLET SYNTHETIC TURBULENCE GENERATION METHOD FOR COMPRESSIBLE BOUNDARY LAYER

• 摘要: 在壁湍流中开展RANS-LES方法混合模拟时, 入口处添加合理的湍流脉动能够缩短流场向完全湍流的发展距离, 提高数值模拟精度以及节省计算资源. 采用SA-IDDES方法对槽道湍流和可压缩湍流边界层开展了数值模拟研究, 对比了3种较为常用的合成湍流方法对流场发展的影响, 包括合成湍流生成器(STG)、数字滤波法(DFM)和合成涡方法(SEM); 研究了不同合成湍流入口条件下流场壁面摩阻、流场结构、雷诺应力的发展过程, 评估了各方法在壁湍流中的表现. 其中在不可压槽道湍流和可压缩湍流边界层的模拟中, STG方法展现了较短的摩阻恢复距离, 流场结构与雷诺应力发展相比DFM也有一定的优势. 在高马赫数湍流边界层的数值模拟中, 忽略热力学量脉动可能会降低合成边界层脉动恢复到物理真实脉动的速度. 因此, 文章进一步基于STG给出的速度脉动, 在入口处通过若干强雷诺比拟方法(SRA、GSRA和HSRA)添加热力学脉动量, 对比研究了对可压缩湍流边界层流场发展的影响, 结果显示是否添加热力学脉动对于流场摩阻和雷诺应力发展影响较小, 但对流场中的热力学量影响显著, 其中GSRA下流场热力学量恢复得最快.

• 图  1  入口处展向速度云图

Figure  1.  Spanwise velocity contour of inflow

图  2  不同合成湍流入口下摩阻对比

Figure  2.  Comparison of frictions of different inlet boundary conditions

图  3  流向速度着色的Q等值面(Q = 0.05)

Figure  3.  Isosurfaces of the Q-criterion coloured by streamwise velocity(Q = 0.05)

图  4  槽道y/h = 0.2横截面涡量云图

Figure  4.  Contours of Vorticity, over the x-z plane at y/h = 0.2 in channel flow

图  5  不同合成湍流入口下$R_{12}^{}$随流向变化 (续)

Figure  5.  $R_{12}^{}$ development along streamwise using different inlet conditions (continued)

图  6  不同合成湍流入口下$R_{11}^{}$随流向变化

Figure  6.  $R_{11}^{}$ development along streamwise using different inlet conditions

图  7  不同合成湍流入口下$R_{22}^{}$随流向变化

Figure  7.  $R_{22}^{}$ development along streamwise using different inlet conditions

图  8  入口处展向速度云图

Figure  8.  Spanwise velocity contour of inflow

图  9  不同合成湍流入口摩阻对比

Figure  9.  Comparison of frictions of different inlet boundary conditions

图  10  边界层内Q值等值面(Q = 0.2) (续)

Figure  10.  Isosurfaces of the Q-criterion in boundary layer (Q = 0.2) (continued)

图  11  湍流边界层$y/{\delta _0} = 0.2$横截面涡量云图

Figure  11.  Contours of Vorticity, over the x-z plane at $y/{\delta _0} = 0.2$ in turbulent boundary layer

图  12  不同合成湍流入口下$R_{12}^*$随流向变化

Figure  12.  $R_{12}^*$ development along streamwise using different inlet conditions

图  13  不同合成湍流入口下$R_{11}^*$随流向变化 (续)

Figure  13.  $R_{11}^*$development along streamwise using different inlet conditions (continued)

图  14  不同合成湍流入口下$R_{22}^*$随流向变化

Figure  14.  $R_{22}^*$development along streamwise using different inlet conditions

图  15  不同入口条件下摩阻曲线

Figure  15.  Comparison of frictions of different inlet boundary conditions

图  16  边界层模拟得到的完全湍流区后的雷诺应力

Figure  16.  Reynolds Stresses in fully-developed turbulence

图  17  完全湍流区内湍流Prandtl数法向分布

Figure  17.  Turbulent Prandtl in fully-developed turbulence

图  18  完全湍流区内$f$分布

Figure  18.  $f$distribution in fully-developed turbulence

图  19  Ma = 2.5和5.0下不同流向位置$f$

Figure  19.  $f$distribution in various streamwise position of Ma = 2.5, 5.0

表  1  来流条件

Table  1.   Inlet conditions

 来流速度 来流雷诺数${{Re} _\theta }$ 来流温度Tinf/K 壁面温度Tw/K Ma = 2.5 1200 228.0 300.0

表  2  来流条件

Table  2.   Inlet conditions

 来流速度 来流雷诺数${{Re} _\theta }$ 来流温度Tinf/K 壁面温度Tw/K Ma = 5.0 2300 228.1 433.4

表  3  入口条件中强雷诺比拟系数表

Table  3.   SRA’s coefficients

 a c 强雷诺比拟(SRA) 0.0 1.0 Gaviglio’s强雷诺比拟(GSRA) 1.0 1.0 Huang’s强雷诺比拟(HSRA) 1.0 0.7
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• 网络出版日期:  2023-10-28

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