同轴射流初始段湍流混合过程的数值分析

本文分别应用混合长度模型和两个方程的湍流模型(k-kl模型),对初始截而参数任意分布的不可压缩轴对称同轴射流初始段的湍流混合过程进行了数值分析。数值计算基本上采用S.V.Patankar和D.B.Spalding提出的有限差分方法,但对这个方法作了某些改进。用两种模型得到的计算结果与F.H.Champagne和I.J.Wygnanski的实验结果比较,表明用两种模型算出的平均速度分布均与实验结果符合得较好,但用k-kl模型可得到更合理的浓度分布和与实验结果大体符合的湍能分布。此外,本文的计算表明,应用两个方程的湍流模型并不显著增加计算的复杂性。     

超音速边界层转捩的数值预计

本文对Wilcox和Traci提出的湍流模型进行了合理的改进,使改进后的湍流模型既适用于转捩的后阶段也适用于转捩的初始阶段。对于零攻角圆锥超音速绕流的边界层转捩,本文作了系统的数值实验。数值计算结果与风洞实验数据比较,在各主要方面二者符合的程度是令人满意的。     

用非线性涡粘性模式计算三维湍流边界层

针对非线性涡粘性模式在求解三维湍流边界层流动时的不足，本文从压力－变形率关联项中的快速项出发，考虑流动非均匀影响，在显式代数应力模式的雷诺应力表达式中引入了反映雷诺应力“松驰”效应的速度二阶导数项，构造了一个新的非线性涡粘性模式。通过对典型算例－翼体角隔流动的计算结果表明，新模式能较好地再现出三维湍流边界层内雷诺切应力方向的发展滞后于速度梯度方向发展这一流动特性。     

低雷诺数κ-ε封闭模式在三维湍流边界层计算中的应用

本文采用低雷诺数形式的k-ε湍流模型,计算具有大横向流的不可压缩三维湍流边界层。在湍流模型中,应用了涡粘性的各向异性系数。本文所得结果与用混合长模型所得结果以及量测结果的比较表明:对于边界层的不同特征量,湍流模型和涡粘性各向异性对计算结果的影响程度是不同的。总的来说,应用考虑涡粘性各向异性的k-ε模型,较之应用混合长模型,所得计算结果有所改善,但还不是根本性的改善。     

三维边界层的湍流特性及其二阶矩模拟

根据现有实验数据,本文进一步分析了三维边界层内纵向涡对雷诺应力分布的影响,从而建立了一个足以模拟三维边界层湍流特性的二阶矩封闭模式。在新模式中,着重考虑了三维平均涡场引起的雷诺应力输运的非线性作用。以文[3]给出的模拟无限后掠翼实验为例,本文分别应用基准的二阶矩模式和新建立的非线性二阶矩模式对三维边界层内的雷诺应力分布作了数值预计。结果表明:应用基准二阶矩模式所得雷诺应力诸分量的预计值均比相应的测量值大得多,且完全不能预计切应力方向相对于速度梯度方向的滞后;而非线性二阶矩模式对雷诺应力分布的预计则基本上与测量数据符合,且能定性地模拟切应力方向相对于速度梯度方向的滞后。