與氣動噪聲相關的湍流模型及計算方法

陸利蓬 柳陽威 吳子牛 英基勇 方劍

摘要：針對氣動噪聲計算問題，經過兩年的研究，主要進展如下： 1. 研究了高精度湍流模擬技術的數值方法。首先發展了一套基于高階有限差分格式的流場求解器，并進行了系統測評；在此基礎上，針對激波模擬精度，提出了帶寬耗散優化方法（BDOM），發展了MP-LD 格式，結果表明MP-LD 格式對小尺度流動結構的捕捉能力以及對湍流的模擬效率要顯著優于常規的高階激波捕捉格式。 2. 采用高精度湍流模擬技術研究了復雜流動機理。利用MP-LD 格式和ASTR 程序，對激波/各向同性湍流干涉（SITI）和激波/湍流邊界層干涉（SBLI）等進行了DNS 和機理性的研究。結果表明：湍流脈動之間的非線性作用使得大尺度湍流結構向各向同性恢復的過程更加復，而小尺度脈動結構則更容易恢復各向同性；由于來流速度脈動的影響，激波表面形狀會發生變形，較高的來流速度脈動會導致當地激波位置更靠近下游，并增加激波的強度。 3. 研究了壓氣機三維角區分離流動機理和湍流模型改進。針對角區分離流動，首先開展了先進實驗測量和高精度數值模擬，為機理研究和湍流模型改進提供豐富的數據庫。其次，提出了基于湍流非平衡輸運特性改進湍流模型的新方法，并針對SA湍流模型，提出了兩種改進方法：一是修正模型系數Cb1，二是基于當地螺旋度計入湍流能量反傳物理機制。其中，基于螺旋度改進可以“自適應”計入湍流非平衡輸運特性，可以“自適應”實現對不同工況下壓氣機三維角區分離流動的準確模擬?！?br>