一种考虑转捩扰动因素的γ-Reθt转捩模型标定方法

摘要

一种考虑转捩扰动因素的γ‑Reθt转捩模型标定方法，涉及边界层流动转捩领域。提出一种可实现考虑粗糙颗粒、横流、尾迹等扰动因素γ‑Reθt转捩模型的通用标定方法，通过分析扰动因素的相关特征，引入转捩判据的通用形式通过建立转捩判据系数α与扰动因素特征参数关系数据库来拟合出二者的函数关系，在此基础上，转捩预测对象可基于扰动因素特征参数匹配出与之相适应的转捩判据。提高了γ‑Reθt转捩模型预测扰动因素影响下边界层转捩位置的精度，同时也扩展模型在不同扰动因素特征下的应用。

说明书

技术领域

本发明涉及边界层流动转捩领域，具体是涉及一种考虑转捩扰动因素的γ-Re

背景技术

在飞行器设计过程中，边界层转捩是必须考虑的关键问题之一。对传统的飞行器来说,边界层转捩计算是否准确会涉及飞行器操纵的效率与安全问题，对于发动机压气机、涡轮等叶轮机械而言，开展边界层转捩计算不仅会有助于揭示边界层转捩的流动机理还会提高运转的稳定性与设计的可靠性；因为边界层内湍流的热传导系数与层流热传导系数不同，此时使用传统的全层流或者全湍流计算方法会导致很大的误差。若能够准确预测转捩位置和转捩长度或控制转捩的发生，对优化飞行器气动性能与热防护系统，获得高效率涡轮，降低发动机耗油率有巨大帮助；因此，开展边界层转捩数值预测方法的研究，对于航空航天工程具有十分重要指导意义。

近几十年来，预测边界层转捩的方法最主要的是：基于线性稳定性的e

自Dhawan和Narasimha(Dhawan S.,Narasimha R.,Some properties ofboundary layer flow during the transition from laminar to turbulent motion[J].Journal of Fluid Mechanics,1958,3(04):418)在1958年首次提出间歇因子γ的定义后，大量基于间歇因子的转捩模型出现；其中，γ-Re

发明内容

本发明目的在于提供可提高γ-Re

本发明包括以下步骤：

步骤1：利用转捩模型对T3A等平板边界层转捩算例进行模拟，验证γ-Re

步骤2：利用原始转捩模型对转捩预测对象进行仿真，分析转捩误差原因，提取扰动因素特征参数；所述扰动因素特征参数包括粗糙粒长度a、宽度b、高度c等；

步骤3：所考虑因素的特征参数开展相应的实验，提取实验数据；

步骤4：γ-Re

F

原始模型认为Re

通过分析转捩模型出现的误差以及可能的原因得到：不同扰动因素特征参数a,b,c对转捩的影响各异，因此不同扰动因素特征参数a,b,c对应的转捩判据参数α不同，系数α与扰动因素特征参数a,b,c，存在某种函数关系，故引入α＝F(a,b,c)；

步骤5：利用γ-Re

步骤6：将不同扰动因素特征参数a,b,c与步骤5的转捩判据系数α一一对应，建立关系数据库；

步骤7：找出数据库中扰动因素特征参数a,b,c与转捩判据系数α的关系即拟合出α＝F(a,b,c)的表达式；

步骤8：提取转捩预测对象的扰动特征参数，对转捩预测对象转捩模拟时，输入相应的扰动因素特征参数，便可通过拟合的转捩判据关系式获得转捩判据系数；

步骤9：对未用来标定的转捩算例进行仿真，进一步修正转捩判据关系式，实现转捩位置更加准确地预测。

本发明的有益技术效果：

本发明提出一种可实现考虑粗糙颗粒、横流、尾迹等扰动因素γ-Re

附图说明

图1为本发明一种考虑转捩扰动因素的γ-Re

图2为粗糙元颗粒示意图。

图3为不同转捩判据系数α下γ-Re

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明以考虑扰动因素粗糙颗粒对边界层转捩影响为例，提出的方法主要构建流程详见图1。本实施例主要方法如下：

1、鉴于经典平板算例可以模拟基本的流体流动行为并且计算耗时少，故利用γ-Re

2、利用未改进γ-Re

3、根据提取的扰动因素特征参数，在其他条件不变的情况下，采用控制变量法开展实验或基于现有相关扰动因素的系列实验，提取实验数据。

4、在γ-Re

F

其中，

5、为更精确预测转捩位置，利用γ-Re

6、在改进模型中设置最大相对距离，当模型转捩发生位置与实验转捩发生位置的相对距离大于设置的最大相对距离，这意味着模型与实际转捩位置的偏离程度过大，结束计算，以节省计算资源，减轻计算机负担。

7、在输出结果中保存相对距离最小即最接近实验结果的F

8、为保证模型的精度，根据自身计算条件将保存α的值再次进行细化调整，重复步骤5和步骤6，不同的是，步长需合理细化使模型转捩发生位置更加逼近实验转捩发生位置，最终保存F

9、将提取的扰动因素特征参数a,b,c与计算的转捩判据系数α一一对应，并建立关系数据库。

10、将数据库中扰动因素特征参数a,b,c与α拟合出相应表达式即：α＝F(a,b,c)。

11、提取转捩预测对象的扰动特征参数。

12、转捩预测对象进行转捩模拟时，输入相应的扰动因素特征参数，便可通过拟合的转捩判据关系式获得转捩判据系数。

13、对未用来标定的转捩算例进行仿真，进一步修正转捩判据关系式，实现转捩模型预测扰动因素影响下边界层转捩位置更高的精度。

本发明在γ-Re

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。这里无需也无法对所有的实例予以穷举。任何依据本发明思路下的修改和改进，均视为本发明保护范围。