圓柱跨聲速繞流中的激波／湍流相互作用大渦模擬研究

許常悅，王從磊，孫建紅

（南京航空航天大學 航空宇航學院，江蘇 南京210016）

0 引 言

激波／湍流相互作用問題是可壓縮湍流研究領域中的挑戰性問題，與其相關的機理認識已成為工業應用上必須解決的問題，并得到了廣泛的研究［1－4］。該類問題的研究中常選用一些規范構型作為研究對象，如平板、斜坡、鼓包、翼型和柱體，等等。研究的復雜性與構型有關［3］，彎曲壁面會產生復雜的流場結構。對于多數實際流動而言，激波／湍流相互作用常發生在彎曲壁面上，這與該處的湍流邊界層中存在較大的壓力梯度有關［4］。研究彎曲壁面物體繞流中的激波／湍流相互作用問題受到了廣泛的關注，尤其是圓柱跨聲速繞流。

目前已有一些關于圓柱跨聲速繞流的實驗和數值研究。Macha［5］、Murthy＆Rose［6］和 Rodriguez［7］實驗研究了雷諾（Re）數約為105的圓柱跨聲速繞流問題，展示了此類流動中的阻力上升現象和激波結構。近年來，Riserda＆Leal［8］采用有限體積方法求解二維可壓縮Navier－Stokes方程，研究了來流馬赫數為0.8的圓柱繞流問題，主要分析了柱體的非定常受力和近場流場結構。在之前的工作中［9－10］，我們已經對來流馬赫數對圓柱跨聲速繞流的影響進行了研究，并分析了不同流動狀態下的局部超聲速區形成機制和剪切層的不穩定性過程，然而關于大尺度的激波運動和非定常湍流剪切層的湍流特性等問題并未詳細研究，這正是本文的研究目的。

在當前的計算流體力學中，雷諾平均Navier－Stokes方程（RANS）方法、直接數值模擬（DNS）方法和大渦模擬（LES）方法是主要的湍流研究手段。……