本發(fā)明屬于空氣動(dòng)力學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種改進(jìn)的類bsl湍流模型及其計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部由于涉及激波、膨脹波、波系干擾、激波/湍流相互作用、激波/邊界層相互作用，且超聲速流場內(nèi)常常包含低速區(qū)，因此流動(dòng)非常復(fù)雜，精確數(shù)值模擬非常困難。rans模擬雖已廣泛用于工程實(shí)際，但基于rans框架建立的湍流模型由于具有本質(zhì)缺陷，不具普適性，這給數(shù)值模擬帶來了很大困難，究竟選擇哪種湍流模型成為一大難題。

2、截至目前，已經(jīng)發(fā)展了系列湍流模型、系列湍流模型，以及menterbsl兩方程模型等。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明：系列湍流模型對網(wǎng)格要求較高，在網(wǎng)格合適的情況下，非常適合含有激波、壁湍流的模擬，尤其是kok?tnt?模型，對含有逆壓梯度的流動(dòng)模擬效果顯著，但對于剪切流動(dòng)模擬不如模型；系列湍流模型適合剪切流動(dòng)模擬，但對于激波、強(qiáng)逆壓梯度流動(dòng)模擬效果不佳；menter?bsl兩方程模型兼具模型與的優(yōu)勢，對網(wǎng)格要求相對寬松，但對于強(qiáng)逆壓梯度流動(dòng)的模擬，預(yù)測分離區(qū)偏小，效果不如kok?tnt?模型。

3、當(dāng)前，亟需發(fā)展一種改進(jìn)的類bsl湍流模型及其計(jì)算方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供一種改進(jìn)的類bsl湍流模型，本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種改進(jìn)的類bsl湍流模型的計(jì)算方法。

2、本發(fā)明的改進(jìn)的類bsl湍流模型的控制方程如下：

3、；

4、粘性系數(shù)為：

5、；

6、其中，為密度，為湍動(dòng)能，為湍流頻率，為湍動(dòng)能生成項(xiàng)；為方向速度，為方向坐標(biāo)；為時(shí)間，為湍流運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，為層流粘性系數(shù)，為湍流動(dòng)力粘性系數(shù)；和均為模型常數(shù)；為混合函數(shù)，通過下式計(jì)算：

7、混合函數(shù)：

8、；

9、其中，和為計(jì)算混合函數(shù)過程中用到的中間變量，為網(wǎng)格單元到最近壁面的距離；

10、各模型常數(shù)計(jì)算方法為：

11、，其中，，；

12、；

13、，其中，，；

14、，其中，，；

15、，其中，，；

16、；

17、為馮卡門常數(shù)，。

18、本發(fā)明的改進(jìn)的類bsl湍流模型的計(jì)算方法，包括以下步驟：

19、s10.計(jì)算流場粘性系數(shù)；

20、開展流場cfd計(jì)算，根據(jù)cfd的第n步流場計(jì)算結(jié)果，結(jié)合改進(jìn)的類bsl湍流模型計(jì)算流場粘性系數(shù)；其中，n為開啟湍流計(jì)算的步數(shù)；

21、s20.計(jì)算混合函數(shù)；

22、s30.計(jì)算模型常數(shù)；

23、根據(jù)混合函數(shù)和模型參數(shù)，計(jì)算模型常數(shù)，包括和；

24、s40.計(jì)算湍動(dòng)能和湍流頻率；

25、根據(jù)模型常數(shù)，結(jié)合改進(jìn)的類bsl湍流模型，計(jì)算cfd第n+1步的湍動(dòng)能和湍流頻率；

26、s50.完成迭代計(jì)算；

27、根據(jù)流場cfd計(jì)算的收斂判據(jù)，決定繼續(xù)迭代還是停止計(jì)算。

28、進(jìn)一步地，所述的收斂判據(jù)為全流場密度梯度最大值或者總能量梯度最大值下降兩個(gè)量級，或者出入口流量誤差小于0.5%。

29、本發(fā)明的改進(jìn)的類bsl湍流模型及其計(jì)算方法，將menter?bsl兩方程模型中的wilcox?1988?模型替換為?kok?tnt?模型，并與結(jié)合，發(fā)揮了kok?tnt模型在壁湍流模擬中的優(yōu)勢，有效解決了menter?bsl兩方程模型預(yù)測分離區(qū)偏小的問題，在剪切流動(dòng)區(qū)域預(yù)測精度不變的情況下，提高了強(qiáng)逆壓梯度流動(dòng)的模擬能力，具有工程實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種改進(jìn)的類bsl湍流模型，其特征在于，所述的改進(jìn)的類bsl湍流模型的控制方程如下：

2.一種改進(jìn)的類bsl湍流模型的計(jì)算方法，其用于權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的類bsl湍流模型，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改進(jìn)的類bsl湍流模型的計(jì)算方法，其特征在于，所述的收斂判據(jù)為全流場密度梯度最大值或者總能量梯度最大值下降兩個(gè)量級，或者出入口流量誤差小于0.5%。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于空氣動(dòng)力學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種改進(jìn)的類BSL湍流模型及其計(jì)算方法。本發(fā)明提出的改進(jìn)的類BSL湍流模型將Menter?BSL兩方程模型中的Wilcox?1988模型替換為Kok?TNT模型，并與結(jié)合，獲得了新的類BSL湍流模型。計(jì)算方法包括計(jì)算流場粘性系數(shù)，計(jì)算混合函數(shù)，計(jì)算模型常數(shù)，計(jì)算湍動(dòng)能和湍流頻率，完成迭代計(jì)算。本發(fā)明的提出的改進(jìn)的類BSL湍流模型及其計(jì)算方法發(fā)揮了Kok?TNT模型在壁湍流模擬中的優(yōu)勢，有效解決了傳統(tǒng)Menter?BSL兩方程模型預(yù)測分離區(qū)偏小的問題，在剪切流動(dòng)區(qū)域預(yù)測精度不變的情況下，提高了強(qiáng)逆壓梯度流動(dòng)模擬能力，具有工程實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：范周琴,王蘭,趙延輝,丁海昕,游云霞,陳偉強(qiáng),張建強(qiáng),孔凡夫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心空天技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30