用于可压缩自由剪切流动的湍流混合长度

doi:10.7527/S1000-6893.2015.0300

流体力学与飞行力学

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用于可压缩自由剪切流动的湍流混合长度

徐晶磊¹, 宋友富¹, 张扬², 白俊强²

1. 北京航空航天大学能源与动力工程学院, 北京 100083;
2. 西北工业大学航空学院, 西安 710072

收稿日期:2015-08-28 修回日期:2015-11-04 出版日期:2016-06-15 发布日期:2015-12-04
通讯作者: 徐晶磊男,博士,讲师。主要研究方向:湍流模式,空气动力学。Tel:010-82317403 E-mail:xujl@buaa.edu.cn E-mail:xujl@buaa.edu.cn
作者简介:宋友富男,硕士研究生。主要研究方向:计算流体力学,湍流模型。E-mail:songyoufu@buaa. edu. cn;张扬男,博士研究生。主要研究方向:设计空气动力学,非定常空气动力学,工程湍流模拟。E-mail:vvip@nwpu.edu.cn;白俊强男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:工程湍流模拟,流动控制。Tel:029-88492694 E-mail:junqiang@nwpu.edu.cn
基金资助:
航空发动机气动热力国家科技重点实验室基金(9140C410505150C41002)

Turbulence mixing length for compressible free shear flows

XU Jinglei¹, SONG Youfu¹, ZHANG Yang², BAI Junqiang²

1. School of Energy and Power Engineering, Beihang University, Beijing 100083, China;
2. School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China

Received:2015-08-28 Revised:2015-11-04 Online:2016-06-15 Published:2015-12-04
Supported by:
National Key Laboratory of Aircraft Engine Foundation of China (9140C410505150C41002)

摘要/Abstract

摘要：

抓住可压缩流动变密度特性,构造出基于有效涡量的三维von Karman混合长度。湍流模型采用仅依赖湍动能k的单方程KDO(Kinetic Dependent Only)模型,引入新构造的混合长度替换旧尺度得到CKDO模型。为了验证其描述可压缩自由剪切湍流的能力,选择无壁面束缚、密度梯度大和可压缩效应强的自由剪切混合层为算例,其对流马赫数Ma_c=0.8。计算结果表明,KDO模型对混合层的速度分布有着良好的控制和模拟,而经可压缩修正后的CKDO模型与原模型及其他可压缩修正模型相比,所计算的速度分布、主雷诺剪切力和混合层厚度与试验结果更加接近,说明了该混合长度对可压缩混合层这种自由剪切湍流有着良好的刻画能力。

关键词: 湍流模型, 混合层, 超声速流动, 可压缩性, 数值模拟

Abstract:

Seizing compressible flow variable density characteristics,a three-dimensional von Karman mixing length scale based on the effective vorticity has been constructed. This paper adopts a single-equation turbulence KDO (Kinetic Dependent Cnly) model which depends only on the turbulent kinetic energy equation, and introduces a new structure which replaces the old mixing length scale to obtain CKDO model. Then in order to verify its ability to describe compressible free shear turbulence, we select the compressible mixing layer of no wall bondage, large density gradient and strong compressibility effects as an example, whose convective Mach number is 0.8. The results show that KDO model has good control and simulation ability of mixing flow velocity distribution; compared with the original model and other compressible correction models, the velocity distribution, primary Reynolds shear stress and mixing layer thickness obtained with compressible correction model CKDO have a better fit with the experimental value. The results illustrate that the new mixing length has a good ability of characterization for compressible free shear turbulent mixing layer.

Key words: turbulence model, mixing layer, supersonic flow, compressibility, numerical simulation

中图分类号:

V211.3

徐晶磊, 宋友富, 张扬, 白俊强. 用于可压缩自由剪切流动的湍流混合长度[J]. 航空学报, 2016, 37(6): 1841-1850.

XU Jinglei, SONG Youfu, ZHANG Yang, BAI Junqiang. Turbulence mixing length for compressible free shear flows[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2016, 37(6): 1841-1850.

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