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Keywords Micro-ramp Turbulent Boundary Layer Large Eddy Simulation counter-rotating vortex pair K-H Vortex
目 次
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.3 本文主要工作 3
2 计算模型与理论 3
2.1 涡流发生器简述 3
2.1.1 涡流发生器分类 3
2.1.2涡流发生器工作原理 4
2.1.3 被动式涡流发生器几何模型 5
2.2数学模型与数值方法 6
2.2.1控制方程 6
2.2.2边界条件 8
2.2.3湍流模型 8
2.2.4数值方法 11
3 数值模拟与结果分析 13
3.1 建立模型并生成网格 13
3.2 最优计算网格选取 15
3.3 涡流发生器绕流场精细结构分析 17
3.3.1涡流发生器绕流场二维流线分析 17
3.3.2流场速度分量分析 18
3.3.4 涡流发生器周边激波结构分析 23
3.3.5 涡流发生器周边涡系结构分析 26
结 论 30
致 谢 32
参考文献 33
1 引言
1.1 研究背景
在流体动力学的研究中，流动控制是一个非常重要的分支，而如何控制流动分离因为在工程中经常遇见而成为目前国内外研究的热点。飞机在工作状态下高速飞行，机翼两侧出现较强的逆压梯度，此时空气极容易发生分离，而一旦发生边界层分离，阻力就会增大，升力减小，同时伴随着大量的能量损失，这对飞机的飞行极为不利，因此对于许多流体力学中流动分离控制的技术应用是非常重要的。在工程中常用的边界层分离控制方法有如下几种：①使壁面同流体一同运动。②抽吸。分离前，用外力将低速流体从边界层中吸出来。③使边界层本身加速。即从外部向边界层内的低速流体增加能量，延缓边界层的分离。④降低壁面温度，稳定边界层流体而不至于分离。⑤利用涡旋，在主流和边界层之间形成对流和动量交换，延缓或消除分离。上述方法是分离流动控制的常用方法，利用涡旋的方法与其他几种相比，具有很多的优点，而涡流发生器（vortex generator）就是利用了这种方法，在飞机定型后进一步改善其气动性能的一种流动控制技术。自1947年首次被美国联合飞机公司的Bmynes和Tayler提出，到目前已广泛应用于航空、流体机械、冶金化工、汽车、船舶等领域。
涡流发生器是一种可产生流向涡的气动面，通过利用涡旋，增加边界层内部动量，延缓或消除分离，从而提高飞机性能。按大小可分三类，即传统涡流发生器（VG）、亚附面层涡流发生器（SBVG）和微型涡流发生器（MVG）。现有飞机上使用的涡流发生器均是外形尺寸较大，其高度大于等于当地边界层厚度的传统涡流发生器，对附面层分离控制的效果较好，但带来的附加阻力也相应的增加，特别是在非工作状态(附面层不分离)，产生较大的附加形状阻力，对飞机的整体飞行性能影响极大。因此，微型涡流发生器逐渐进入人们的视野。如何改进微型涡流发生器，提高飞机的气动性能，尽可能的减小附加阻力是一个值得深入研究的课题。文献综述