[发明专利]适用于动边界绕流的湍流模型修正方法

说明书

本发明涉及一种适用于动边界绕流的湍流模型修正方法，属于水力机械技术领域。通过漩涡结构判定准则来定义滤波函数f_FBM，基于所述滤波函数f_FBM将流场划分为漩涡区域与非漩涡区域，当所述漩涡结构判定准则大于等于设定阈值A时为漩涡区域，当所述漩涡结构判定准则小于设定阈值A时为非漩涡区域；然后将所述漩涡区域的湍流模型的涡粘系数μ_t乘以所述动态修正系数f_v，所述非漩涡区域的湍流模型的涡粘系数μ_t保持原有表达式，然后将涡粘系数再次带入湍流模型方程中进行流场的求解。本发明采用漩涡结构作为滤波尺度，将数值预测模拟与流场信息相联系，考虑了动态边界对湍流模型涡粘系数的影响，大大提高了动边界绕流预测精度。

技术领域

本发明涉及一种适用于动边界绕流的湍流模型修正方法，属于水力机械技术领域。

背景技术

在水力机械研究中，旋转产生的附加作用力以及动静部件的扰动对湍流过程、边界层的发展、流动结构的时空分布有着重要的影响，非转动/转动部件的流场相互干扰的物理机制一直是研究的重点和难点。在螺旋桨、涡轮泵、水轮机启停机、飞逸、增减负荷等瞬态过程中，暂态过程瞬变流动会使升力面的有效攻角发生改变，其内部流动复杂多变，呈现出强烈的不稳定性，严重影响装置的工作性能。

针对水力机械中的动边界复杂绕流问题，往往采用实验和数值模拟两种研究手段。对于动边界绕流问题，实验研究其成本较大，且精细化流场信息往往获取较少；数值模拟研究可辅助其获取较多的流场细节，进而可实现动边界精细化流场及动态特性分析。发明专利(CN201610972223.3)公开了一种飞机多段翼型外流场动态数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立带有前缘缝翼后缘襟翼多段翼型飞机模型并导入fluent软件；(2)构建飞机模型的垂直下落运动函数，并导入fluent软件；(3)选取湍流模型；(4)设置仿真参数，包括流体参数、翼型材料参数、工作环境参数、边界条件参数、动网格更新模型、求解方法和求解精度；(5)运行fluent软件，获取飞机垂直下落过程中翼型周围流体流动参数变化图，包括速度、压力和温度变化图。该发明专利的湍流模型采用传统的雷诺时均化模型。相对于静态绕流，动边界绕流其流场结构更为复杂，尤其还存在各种旋涡区以及流动分离等现象，边界运动导致漩涡结构对涡粘系数往往产生显著的影响。然而目前雷诺时均化模型主要基于经验公式对涡粘系数进行统一设定，尚未考虑边界运动对涡粘系数的影响，未将流场模拟计算真正地与流场结构相联系，因此传统的湍流模拟对于动边界绕流问题预测常常存在较大的误差。故本发明提供一种适用于动边界绕流的湍流模型修正方法。

发明内容

为了解决现有技术存在动边界绕流数值预测不够精确的问题，本发明公开的适用于动边界绕流的湍流模型修正方法要解决的技术问题是：提高动边界绕流数值预测精度。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的适用于动边界绕流的湍流模型修正方法，包括以下步骤：

步骤一：通过漩涡结构判定准则来定义滤波函数f_FBM，基于所述滤波函数f_FBM将流场划分为漩涡区域与非漩涡区域，当所述漩涡结构判定准则大于等于设定阈值A时为漩涡区域，当所述漩涡结构判定准则小于设定阈值A时为非漩涡区域；所述漩涡结构判定准则为omega；

所述omega的表达式为：

其中，U、V分别笛卡尔坐标系中为x、y方向上的流场速度；S为对称的形变速率张量，Ω为反对称的旋转角速率张量。

所述滤波函数f_FBM的表达式为：

其中，f_v为动态修正系数；