湍动能在激波/边界层干扰流动中的影响

高超声速湍流中的激波/边界层干扰现象，因其会引起气动力/热等关键参数的剧烈变化，在相关飞行器的设计与优化中受到了广泛关注。在涉及真实飞行器的湍流模拟中，采用基于涡黏性假设的湍流模型与雷诺平均的RANS方法仍然是目前工业设计中最为常用的手段。为了获得更好的预测结果，很多研究都集中在对湍流模型的修正与改进上，但是对求解的RANS方程本身关注却不多，特别是湍动能(TKE)在平均方程中所起作用的相关研究就更少。本文以马赫数为7.05的柱裙干扰流动为例，采用k-ω SST湍流模型，针对RANS方程中常被忽略的湍动能项在高超声速激波/边界层干扰中的影响规律开展了研究，并对每一个湍动能项的作用机理进行了定性和定量分析。研究结果表明，湍动能项对激波/边界层干扰区(SWBLI)流动预测结果有很显著的影响，特别是流动分离区的范围。忽略其中部分湍动能项可以使分离区缩小至原来的40%左右，而忽略另外部分湍动能项反而会使得分离范围增大近30%。通过对平均动量方程和平均能量方程的分析发现，造成这种剧烈影响的主要原因是湍动能项被忽略后有效平均压力场的显著改变，进而改变了分离点附近的逆压梯度，从而造成了流动分离区范围...