调查平板层流分离泡的逆压力梯度:时均流场分析

文摘

涡轮机叶片的性能概要文件,在低雷诺数是影响层流分离泡沫(lsb)。泡沫是由一个强大的逆压力梯度(APG),它使层流边界层分离的曲线轮廓表面,才变得动荡。本文由联合实验和数值调查与逆压力梯度平板。实验提供了详细的结果包括墙压力系数和边界层速度分布和湍流概要几个典型的价值观影响参数对流动现象的行为:雷诺数、自由流湍流强度、端墙打开角度,决定了逆压力梯度强度。数值工作进行系统分析,包括雷诺平均n - s(跑)模拟。数值模拟的结果与实验的批判性的调查和比较,了解影响的主要物理参数对LSB的行为。运行仿真,比较不同的湍流和过渡模型首先识别的适应性流现象;然后,前面所提到的三种参数对LSB的影响行为调查在一个典型的激进的逆压力梯度。边界层积分参数讨论了不同情况下为了理解流现象的流时间意味着属性。

1。介绍

叶片的性能涡轮机械组件的配置文件被许多人强烈影响空气动力学现象。其中,层流分离泡是最重要的低压涡轮和压缩机(LPT和LPC的)应用程序,尤其是在高扬程概要文件操作在低雷诺数条件下考虑。因此,涡轮的气动设计和LPC的翼型需求的准确预测的过渡发作以及分离扩展性能恶化的风险,以避免由于流动分离,这可能发生在低雷诺数。

LSB是由一个强大的逆压力梯度,这使层流边界层分离的弧形轮廓表面;因此,它可以大,空气动力学的负面效应。一般来说,额外的阻力将会诱导由于外流动的位移,从而减少吸入的前锋部分概要和减压恢复在后面部分。关键影响因素压差阻力的增加是LSB的几何参数,特别是其厚度轮廓表面的法线方向。此外,一个更具戏剧性的效果将发生一次分离剪切层的过渡进程相对缓慢,逆压力梯度有关。继续下一步,湍流动量传输不足以关闭泡沫和大量发生,一直延伸到后缘分离。这导致突然骤减和一个强劲增长的拖力明显滞后的影响系数在不同攻角(1]。

进行大量的研究工作来系统地研究层流边界层的分离流动机制,包括理论研究、实验和数值模拟(2,3]。

近年来,PIV测试技术的发展,莱斯和DNS仿真算法为研究人员提供了方法来理解主要动力传动的不稳定行为分离流动。西摩尼et al。4)和Marxen和亨宁森5)进行了相关的实验和数值模拟研究,结果表明,剪切层不稳定由于Kelvin-Helmholtz (k - h)过程,导致上卷漩涡。尤其是流的分离后,分离剪切层粘k - h不稳定性引起的过程放大速度的波动。一旦泡沫分离达到最大值的位置的位移,饱和的波动也会发生。然后,泡沫发起的大规模流旋涡的结构转变;混合过程加强了连贯和小规模的结构,导致边界层回贴(如果有的话)。而层流分离泡的动态行为被深入研究,流流动参数对分离过程的影响及其机制仍需进一步的理解。

通过使用不同的方法包括速度波动的放大,层流分离泡的反应外部障碍,目的的增长率和wall-normal振幅的不同模式,大量的研究工作已经开展。问题的速度波动的放大前分离流的一部分,调查从Marxen et al。6),Haggmark et al。7],Yarusevych et al。8)表明,它通常是预测的线性稳定性理论(LST),这是在良好的协议与实验结果。Dovgal et al。9]报道不同的平均速度剖面的稳定性特征。理论和实验研究工作由首相和拉梅什10]这墙上焦点距离影响最不稳定的频率明显表明,当墙的距离足够远,墙上效果消失最大放大频率和增长率free-mixing层方法预测的值。层流分离泡的反应问题的外部障碍,进行实验和数值模拟通过控制上游扰动波。其中,斯图加特大学进行的调查提供一个最全面的观点的影响因不同的参数扰动波。Maucher et al。11]提出了响应层流分离泡的单色波,这意味着仅仅由波火车,在最不稳定的频率不同的振幅,并指出增长率和泡沫分离的饱和水平差的影响。这意味着整个泡沫大小的主要影响因素是初始波振幅。类似的结论是在琼斯的DNS调查et al。12]。使用Fourier-based分解方法,Marxen等人,朗et al。13)PIV和LDV测量的实验数据处理,以确定流明智的增长率和wall-normal振幅不同的模式。结果表明,边界层的附加部分主要是由波的影响,因为相应的振幅模式是最不稳定的频率比那些站的剪切层。朗et al。14]也调查了影响由于高空波数的叠加,模拟五花的存在结构,剪切层不稳定的频率。上面提到的调查显示,总体看法单色波的发展。在现实中,不稳定的来源是波的叠加与许多不同的振幅,这将进一步导致动力驱动的理解层流分离泡沫。

增强相关调查进行的高分辨率数值模拟最近,关注分离流和过渡特征在不同的条件下。LES过渡分离边界层的研究在一个半圆的平板前缘两freestream动荡水平(< 0.2%和5.6%前缘)提出了Langari和杨15]。的分离剪切层的流动可视化和光谱分析显示,2 d Kelvin-Helmholtz上级不稳定模式是绕过导致击穿早些时候动荡。李、杨(16]调查数字爆破引起的过渡过程分离泡沫逆压力梯度与椭圆平板前缘2.9%以下freestream LES的湍流强度。结果表明,过渡过程更迅速和更短的距离回水区由于条纹所发挥的主导作用,和通常的二次不稳定阶段低freestream湍流强度下非常连贯的2 d高空卷逐渐扭曲,最终分解成3 d结构被绕过。在回顾研究[17],它表明在高架freestream紊流强度,完全可以消除和流动分离仍然是连接,也就是说,绕过转变可能发生在几何诱导泡沫分离。目前的工作将比较分析这一现象。LES过渡分离泡沫的研究对钝前缘的平板freestream动荡非常低的水平是由杨et al。18),结果表明,一个三维的二次失稳是主要的机制在工作而分谐波模式涡配对的形式并不活跃。通过使用一个高阶、结构化、多次拉丝、可压缩流体解算器,森古普塔et al。19,20.)调查的个人和累积效应强迫振荡频率,不稳定的醒来,和freestream动荡separation-induced过渡造成的逆压力梯度平板几何。

不同的动态行为的深入研究流动分离过程,其他之前的作品关注确定层流分离泡的总体响应没有分析的动态控制流稳定机制和相关的脱落现象。例如,Volino [21]研究了层流分离泡的结构特点定热线测量,发现,随着雷诺数的增加,层流分离泡的特点规模变得更小。类似的结果可以发现当freestream湍流强度增加。雅苒的研究(22)表明,板流与强烈的逆压力梯度,分离的特征点之间的关系可以由公式,这意味着它可以预测泡沫分离的整体结构利用雷诺数,湍流强度和积分尺度变量。其他公式构造和涡轮机械领域的广泛使用23]。

本文主要侧重于理解的影响总体流动参数对LSB的跑上实验结果的分析。平板边界层实验对应于高扬程的工作环境变量雷诺数条件下在涡轮机叶片轮廓。雷诺数范围从150000年到500000年,和湍流强度从0.65%到5.0%不等。逆压力梯度包括两种情况:7 - 2.5的上下端壁角度和12-7度(以下简称d7 - 2.5和D12-7),分别。固定紊流长度尺度采用8毫米。实验提供几个参数,包括墙的详细结果压力系数、湍流边界层速度,配置文件。这些数量也研究和验证数值模拟的角度时的状态。

2。测试部分和测量技术

实验进行的开环低速风洞空气动力学和涡轮机械实验室热那亚大学的。测试的主要结构部分包括一个平板和一个椭圆前缘和两个端墙与可调水平角如图所示1。前沿的距离参考点的雷诺数为300毫米,和二维测量平面位于中跨的盘子。上下端壁可旋转调整攻角,代表所需的逆压力梯度。调查正确的端壁的攻角,一些压力与设置在顶部和底部的前缘。其他测压孔分布板的表面以获得表面压力分布。上游的测试部分,生成所需的湍流强度通过将不同尺度的网格板。

执行测量与互补的技术,包括热线风速测定(HW),激光多普勒测速仪(LDV)和粒子图像测速仪(PIV)。从互补获得数据的分析测量技术帮助我们理解的不稳定机制过渡/回贴过程分离剪切层的细节。使用高精度LDV允许调查反向流大小和雷诺正常和剪切应力分布沿分离流区域,而放大的过程流不稳定引起的振荡机制可以调查HW风速计高频响应性能。的瞬时速度矢量地图PIV流场分析,结果补提供信息的生成和演化的大规模的序结构剥离结果分离剪切层上卷。

3所示。计算域和数值模型

实验测试部分是模仿为了执行几个数值模拟。网代,Numeca免疫球蛋白(24)是为了建立一个结构化的网格。适当的扩展的计算域由平板的上游和下游地区。考虑到计算域结构具有典型特征的外部流场的情况下,采用这种拓扑。第一个单元格的高度选择固体墙壁附近,以确保无量纲墙的价值坐标, ,接近一个更高的雷诺数试验(显然),和粘性层与适当的增长率生成,确保捕捉边界层特征。基于上述原则,三个计算网格生成不同数量的元素是为了评估解决方案的网格依赖性。采用质量流量的值作为测试变量参数,结果被发表在表1。比较表明,没有明显的差异报告网2和网3;因此,中间采用细化网格。图2显示了素描的就业网,关注前沿区。图3还说明了网格依赖性通过比较速度剖面沿板表面三归一化特征位置根据典型案例(D12-7 Re150000 Tu1。5%,接下来会详细解释)。它还显示了三个网格之间没有实质性的区别。

数值模拟软件Ansys进行流利(25]。解决方法是SIMPLEC方案,而采用基于最小二乘法的细胞空间离散化。边界条件设置测试用例表2。在进口和出口处标部分,总压强是强加的。湍流和过渡造型,几个模型进行测试,以确定最合适的描述域内的流动行为,特别是沿平板坚实的墙,报道在接下来的段落。

4所示。转换模型

标准k -ε模型是一种半经验模型。在模型的推导过程,它假定流完全湍流,分子粘性的影响可以忽略。因此,标准k -ε模型只能应用到一个完整的动荡,即。,high Reynolds number conditions, or freestream far away from the wall. For this reason, turbulence models have been developed, which are suitable for the near-wall region and have the resolution of laminar-turbulent transitional progress. To predict the flow transition, a variety of mathematical models have been proposed and developed in the past for numerical simulations.

通过优化的k -ω2-equation模型,表示“状态”等人提出了一种湍流模型,被基线(声波测井)模型,类似于威尔科克斯模型(26,27),但避免强烈freestream敏感性。此外,k -ω交通(k -剪切应力ωSST)模型,它的修改定义涡流粘度对声波测井模型,并考虑运输的主要的影响湍流剪应力也提出(28]。后,表示“状态”等人开发了过渡海温(SST) T模型(29日,30.为非结构化网格和大规模并行执行,验证通过应用涡轮机械和气动测试用例。通过引入第三个输运方程来预测低频速度波动边界层过渡之前,已确定的前体转变,沃尔特斯和Cokljat31日)开发过渡k-kl -ω(T k-kl -ω)模型、测试和验证在翼型和平板边界层有或没有压力梯度的情况下应用。测试用例的结果证明了能力模型的成功代表过渡流的行为与一个合理的精确度。

提出的T SST模型表示“状态”等。29日)和不断改善。它的主要特征是总结和提高标准和公式的过渡。其中,第一个方程仍间歇性输运方程,可用于诱导的过渡过程。方程和广义优化的基础上,原来的一个。第二个输运方程避免外地引入的信息数量的增加用于实验的相关性。相关性主要是基于freestream数据,如湍流强度或压力梯度在边界层外。额外的方程建立了通过使用转换发生的雷诺数 。验证模型集成了Ansys流利和命名过渡剪应力运输模型,也称为( )模型。像我们一样,模型是基于k -的耦合ω海温传输方程和另外两个传输方程,一个用于间歇性发病,另一个用于转换标准,动量厚度雷诺数。因此,它实际上是一个four-equation模型。

在T SST模型中,湍流动能的传输方程并指定耗散率仍然解决,所有条款是一样的k -ω风场模型,除了三个方面,包括生产( ),扩散( ),和混合功能 。在生产,乘以湍流间歇性吗 ,这是时间的百分比,在边界层湍流波动存在。通过将值从0到1,间歇性的状态流动从层流到完全湍流。因此,间歇性阻尼的湍流边界层层流、过渡的地方。为耗散项 ,它被替换为

因此,它是另一个限制器,确保耗散不低于10%的动荡的价值。同时,墙上仍然抑制湍流即使流动是层流。而对于混合函数 ,是纠正预防在层流边界层为零,表示为跟踪,确保模型不会切换到k -ε在层流边界层模型。

在层流边界层,方程是

在湍流边界层方程是

间歇性的输运方程定义如下:

而过渡动量厚度雷诺数的输运方程

T k-kl -ω模型是一个新版本的单点eddy-viscous湍流模型与三个额外的传输方程。它关闭有关条款模型中基于物理现象而不是实证方法和讨论这些方面应该有一个合理的形式。额外的第三个输运方程包括低频速度波动的预测向量模量pretransition边界层。模型已经被大量算例的验证和应用于商业计算流体动力学软件。已经应用到大量的相关情况,包括平板边界层流动有或没有压力梯度,和机翼例具有不同几何特征、雷诺数、湍流的来流水平,和攻角。这些测试案例证明该模型能够成功地繁殖过渡流动行为和合理的精度,特别是对于可压缩流问题无法预测的常规层流湍流转变发展模式(31日]。

层流能源的概念采用模型中,由不稳定机制和转变机制总结的过程中研究层流边界层。T k-kl——的理论基础ω模型转换过程本身是通过能量转移从层流动能湍流动能 。变量用于描述模式的波动显示完全湍流的特点,如强烈的三维、多尺度和时间尺度,能谱,显著的粘性耗散。过渡过程的初始化是基于局部流动条件(单点),和一个剪切屏蔽的概念被用来抑制非线性湍流破裂机制。同时,过渡的方法开始考虑到非线性扰动放大和耗散的时间尺度相关性用于预测更准确地自由紊流长度尺度对过渡过程的影响。

T k-kl -ω模型被认为是three-equation涡流粘度类型,其中包括运输湍流动能方程( ),层流动能( ),和逆湍流时间尺度( )。T k-kl -的传输方程ω模型如下。它是基于不可压缩条件下,忽略体积力。

由于文章长度的限制,具体的定义和相关数量在上面的方程中,以及特定的值的系数,使用(请参阅文献[25])。

在目前的工作、就业三种湍流模型和结果与实验的比较,包括传统的湍流模型(k -ωSST)和两种湍流模型(T k-kl -过渡标准ω和T SST)。数据4和5显示三个模型获得的压力系数的分布在两个条件下,以不同流动条件下(雷诺数和湍流强度)和扩散的不同开放角度测试部分。比较表明,三种模型平板LSB现象有不同的反应。在这两个人物,板表面上的压力分布和行为反映在T k-kl - LSB区域ω模型与实验结果的一致性最高。特别是在图4T k-kl -ω曲线开始分离 ,然后达到分离厚度的最大值 ,最后再附着在这个职位 。这些点是实验的,这意味着泡沫分离和长度预测。在图5端壁的角和雷诺数的增加。分离的分离点和发展趋势区T k-kl -获得的ω模型仍然是最接近实验结果。然而,LSB的最大厚度的位置和回贴点位于向前对实验的。因此,泡沫长度短于实验。

压力分布曲线得到T SST模型类似于T k-kl -ω从实验模型,但是偏差略大于后者。此外,在图5,最大厚度和回贴分离点的位置比后者,因此LSB的长度越短。k -ω风场模型,正如所料,湍流模型(没有过渡模型)不能正确预测流动行为。在图4偏离和差异,实验是最明显的。从外观的角度来看,泡沫分离的厚度变化最平稳,而LSB的位置往前移动了0.1的最大厚度 ,形成一个平面和较长的LSB。在图5k -ωSST模型不能反映LSB的存在与一个平面的压力系数分布曲线。根据上述分析,T k-kl -ω模型可以充分反映LSB的行为,实验最相似的外观。因此,T k-kl -ω模型是用于随后的计算和分析。

5。结果与讨论

验证数值方案的兼容性,系统比较和分析之间的具体案例进行了实验和仿真。数据6和7显示的结果D12-7,雷诺数和湍流强度等于150000和1.5%,分别。如前所述,T k-kl -ω采用过渡模型。

图6表明,实验和模拟的一般LSB的行为非常相似。没有实质性区别两种LSB的特征点。实验,分离点位于 ,而仿真预测这个职位 。泡沫捕捉到的最大厚度 和 ,实验和仿真,分别。lsb最大厚度的位置后,开始重新接上, 的实验,而数值模拟提供了一个值 。虽然特征点不完全一致,分离泡沫的发展趋势是相同的,即使LSB对应的总长度和厚度比数值模拟的实验。

在图7,速度剖面比较板表面在特定位置之间的实验和数值模拟是策划。当地的曲线归一化速度的主要流程。前的头寸的最大厚度( 和 ),实验曲线显示厚分离流面积比数值模拟。在第一行的三个subfigures地区速度分量小于0逐渐增加的方向垂直于板表面,和大小值逐渐增加,这反映了经济增长的回流区和增强内部回流分离泡沫。subfigures对应 和 ,LSB开始回贴过程,模拟的比较变得更大。回贴点附近的速度资料所示位置 ,和数值模拟结果反映了湍流边界层的时均特性。

系统的数值模拟是由三个因素包括雷诺数、湍流强度、和端墙张角变化,为了获得这些参数LSB的反应。图8给出了一个综合的比较无量纲速度分量分布。在这里,当地的速度分量规范化的主流速度入口部分的每种情况下,在水平和垂直坐标归一化板的长度。所有12个条件下,雷诺数和湍流强度增加从上到下,从左到右,分别。因此,最极端的情况下出现在左上角和右下角相应位置。在每个subfigure,速度分量的明显差异分布可以观察到:有一个封闭的深蓝色部分的中心地区附近的墙上,即。对面的逆流,主流速度。以外的地区,两种速度的方向和大小逐渐回到主流状态。这个封闭的回流区域,这是局限于某一地区附近的墙上,形式定义的层流分离泡。

在左上角的subfigure的边界 被标识为一个红色的虚线,这可以帮助理解速度分量的变化 。发现与雷诺数的增加和湍流强度,封闭循环的范围区,LSB,明显减少了。初步结果表明,这两个流参数的增加可以抑制层流分离泡的力量,但很明显,杰出的影响程度:LSB所有subfigures下降的趋势大于,在每一行,每一列,freestream雷诺数变化的影响比湍流强度。综合比较还揭示了另一个现象:虽然层流分离泡的范围和强度是影响流动参数的增加,层流分离泡沫的初始位置不波动广泛在每种情况下,虽然分离结束的位置和最大厚度发作有很大的波动,从而影响LSB的结构特点。

一系列的压力系数( )分布由于湍流强度的变化和雷诺数在数据绘制9和10固定的D12-7张角。条件下的实验结果 %和雷诺数分别为150000年和500000年,作为参考。也在图中,特殊的位置突出的时间意味着结构泡沫所示:“S”代表分离的开始,“M”表示LSB的最大厚度,“R”凸显了回贴的位置。

分布比较图9有两个湍流强度水平,对应于实验中采用的最小和最大值。它可以发现特征点“S”在每个subfigure横坐标相同, ,这意味着分离位置几乎没有变化不同的你和再保险。点“M”和“R”随着雷诺数的增加,他们前进的上游板块,即。subfigure的 %;横坐标从最大厚度 来 ,而从回贴 来 。这些变化降低LSB的尺寸长度,有一个明显的减少趋势。缩短距离点“M”和“R”也是由于雷诺数增加,因此,前台部分和后面部分的LSB反应同时再保险的变化的条件 ,仿真实验曲线是高度一致的。

相同的数据是根据固定雷诺数图重组10,最大和最小值采用实验。这种方式的分类,可以看出,湍流强度的变化有较弱的影响一般LSB的行为。类似的分布曲线绘制在每个固定的条件。此外,所有的要点,包括分离位置,最大厚度位置,和回贴的位置,有一个边际变化,因此表明LSB的长度相同规模。与两个subfigures相比,当雷诺数增加,湍流强度对泡沫分离的影响减少。然而,前五的一部分曲线在正确的subfigure一致相当好。在长LSB的条件,比如 %, ,仿真实验的曲线有相同的发展趋势,尽管它们之间的差异加大。列出了超然和回贴职位表3和4分别与张角D12-7多变和Tu,虽然位置“M”策划表5作为最大的 。

图11比较固定的湍流强度条件下的速度特征。这是观察到的位置 ,因为流尚未发生的分离(指的分布C_p曲线),速度概要文件都显示相同的层流流动特性,曲线对应于不同的雷诺数可高度重合。当相对高度(纵坐标)以价值为8,速度可以达到底部外层的主流价值。根据表3可以看出,层流分离发生在所有条件下的位置 。因此,粘性子层附近墙上开始出现反向速度流,但在一个相对较小的值。与此同时,速度的相对高度外速度问题是增加到10,和雷诺数造成的差异也可以观察到。速度概要文件在 和 最明显的差异。以来的最大动量厚度高雷诺数( 和 )出现,速度资料开始回落。例如,Re500000概要文件显示明显的湍流特征,指示完成分离,回贴,和过渡,达到所需的相对高度外速度回落约8。两条曲线的相对高度较低的雷诺数( 和 )达到外速度可以达到超过14日还有一个明显的回流速度和范围。在下游的 ,最大动量厚度条件下的 也达到了;因此,速度剖面开始下降, 仍然有明显的回流特点,相对高度接近16。其他两个高雷诺数湍流速度资料显示更明显的特征。在位置 , 概要文件开始下降,但是附件还没有完成。在其他三个雷诺数条件下,档案具有明显的湍流特征之间的差异变得越来越小;也就是说,他们已经进入全面发展阶段动荡。整体比较仍然表明,雷诺数的变化有更强的影响比湍流强度的速度剖面。与雷诺数和湍流强度的增加,可获得更短的LSB。,更快的separation-transition过程。

图的速度剖面分布12对应于最短的LSB雷诺数等于500000。在图中,只有这个职位 反向流的速度分布,相应的配置文件的区别不同的湍流程度明显大于其他位置。结合表3和4可以看出,从 来 ,流动分离和回贴都完成,层流分离泡的范围明显小于相应的值的其他条件。在回贴的下游位置,湍流概要逐渐稳定,速度分布的最后两个subfigures基本上是相同的。

合成图,对LSB的时均特性的影响,边界层积分参数,如位移厚度和形状系数 ,一直在计算和绘制数据吗13和14。通过位移厚度的分布,泡沫最大厚度的位置可以量化,而峰值分布通常是有关过渡发作(32- - - - - -36]。

在图13仿真结果显示,在位移厚度雷诺数的影响条件下的D12-7和 %,参考的案例 % 两组实验数据。位移厚度曲线对应于不同的雷诺数有同样的趋势。的趋势表明分离泡沫增长,然后减少回贴,分别和再增加。其中,第一阶段的增长率大于第三阶段,和厚度对应的位置回贴位置也大于初始值。湍流强度是固定时,位移厚度收缩显然和最大位置移动上游增加雷诺数。这证实了推导的曲线。图中的虚曲线表明,湍流强度影响较弱的LSB的位移厚度比雷诺数。也可以看出,数值模拟结果为层流分离现象有相同的位置根据实验的趋势和特点,尤其是对低雷诺数下的情况下。

在图14LSB的形状因素从模拟获得同等条件图的绘制12参考案例 % 显示虚线和两组实验数据。可以看出,仿真分布曲线在低再保险情况下与实验值基本一致。从整体的角度来看,与固定的湍流强度条件、形状系数分布降低了雷诺数增加,显示相同的位移厚度曲线的趋势。此外,形状系数的峰值位置移动提高数量,表明过渡点往前移动。最初的形状系数值等于3在所有的情况下;然后,曲线开始分离开始时呈线性增长。最大的位置形状因子表示过渡开始位置。高峰值超过4为每个条件,显然表明边界层的分离状态。相反,末尾的板,曲线明显减少,显示一个渐近一个常数值。形状系数值的最后调查面积从1.5到1.9不等,表明充分发展湍流边界层。对比两条曲线的情况 和 ,的峰值可以看到,前者是后者的一半左右。之间的比较数据13和14,可以看出,最大位移厚度比过渡位置发生上游开始位置。参考案例也表明,形状系数更受雷诺数的湍流强度的影响。总而言之,最大位移厚度和形状系数位置量化表5和6。轻微的变化产生湍流强度变化时,类似于表3和4。

从数据13和14,还可以观察到层状位移厚度和形状系数在高雷诺数和高湍流强度是不同的实验。前面有一个凸起的实验曲线位移厚度分布,导致形状系数的差异。实验曲线表明,Re500000-Tu5.0%条件下,曲线是光滑的,没有层流分离区,具有类似的趋势在文献[15,17)在高freestream动荡水平。这意味着需要进一步的修改在过渡标准模型以预测旁路转换机制。

在前面的分析中,雷诺数和湍流强度的变化没有显著影响分离的位置。事实上,它是影响大多数的张角端墙。采用不同侧壁开口角度在实验和数值模拟;特此,在图15,相对应的情况下的最短和最长的LSB。在这里,最大和最小雷诺数和湍流强度的孔径角等于D12-7 d7 - 2.5。图中的数据清楚地表明,无论侧壁开角,在分离区雷诺数的影响大于湍流强度,同意前面的分析。有趣的是,减少了张角D12-7 d7 - 2.5, LSB分离板的位置转移下游, 来 。同时,回贴向后位置变化时,泡沫变得更长。事实上,固定的湍流强度和雷诺数,超然和回贴的位置之间的距离在d7 - 2.5的情况下比情况下D12-7扩大,这意味着LSB的长度是通过减少张角。

6。结论

实验和数值模拟的基础上,结合调查关于平板层流分离泡进行逆压力梯度;因此,雷诺数的影响,湍流强度,逆压力梯度在层流分离泡的整体行为时均流场。总之,雷诺数和湍流强度的变化边际效应在LSB的超然地位,但显然对LSB的形状和特征参数的影响,如泡沫扩展和最大厚度。增加开度角端墙的超然位置上游移动,和LSB的长度减少,这表明一个缩短的过渡过程从层流到湍流。条件的固定APG、雷诺数和湍流强度主要影响LSB的形状;雷诺数提供了比修改LSB的湍流强度影响最大。位移厚度和形状系数分布显示,主要受雷诺数影响,而湍流强度产生的影响较小。所有条件,形状系数的峰值出现早于位移厚度最大,表明LSB的过渡开始之前的最大厚度。

实验和数值结果有很好的一致性,这表明仿真方案过渡标准T k-kl -ω预测模型具有一个可接受的适应性LSB的行为。相对而言,其他两种湍流模型的响应,海温和k - Tω风场,平板LSB是弱于T k-kl -ω模型。然而,运行仿真方案采用在报纸上有一个高效的能力获得LSB的时均流场特征,尤其是流动参数的影响。因此,该方法具有工程意义的初步快速预测LSB的整体行为。

命名法

:	压力系数
:	张角程度的侧壁
:	形状系数
:	板的长度
M:	最大的边界层厚度
接待员:	回贴的位置
再保险:	雷诺数
史:	分离位置
图:	湍流强度
:	在流向速度分量
:	正常速度分量
:	回水区协调
:	正常的板坐标
:	墙无量纲坐标
:	位移厚度
:	动态粘度。

标

”:	波动的组件
¯:	定值。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(批准号51679051),国家科技重大项目(批准号2017 - i - 0007 - 0008),和黑龙江省杰出青年基金(批准号YQ2019E015)。伟大的确认是给技术支持实验部分从空气动力学和涡轮机械实验室热那亚大学的。

引用

1. j . Windte,朔尔茨,r . Radespiel”Validierung der RANS-simulation层流abloseblasen profilen,汪汪汪”航空航天科学技术,10卷,不。6,484 - 494年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. m·w·弗兰克,粘性流体流动Mc-Graw希尔公司公司,纽约,纽约,美国第3版,2006年版。
3. 美国赫尔曼·g·克劳斯,边界层理论海德堡,气象出版社,柏林,柏林,第九版,2017年版。
4. d·西摩尼、m . Ubaldi和p . Zunino”试验研究层流分离流动不稳定的泡沫,”热科学杂志》,23卷,不。3、203 - 214年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. o . Marxen和d·s·亨宁森”小振幅对流扰动的影响大小和层流分离泡沫的破灭,“流体力学杂志卷。671年,1-33,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. o . Marxen m . Lang,球场骚乱,瓦格纳,”联合实验/层流分离泡沫中的数值不稳定现象的研究,“流、湍流和燃烧,卷71,不。1 - 4、133 - 146年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. c·p·Haggmark c卑贱的人,d·s·亨宁森”过渡的数值和实验研究分离泡沫,”航空航天科学技术,5卷,不。5,317 - 328年,2001页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. s . Yarusevych j·g . Kawall p·e·沙利文,“分离剪切层在低雷诺数翼型发展,”张仁杂志,46卷,不。12日,第3069 - 3060页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. a . v . Dovgal诉诉科兹洛夫,a . Michalke“层流边界层分离:不稳定和相关的现象,“航空航天科学进展,30卷,不。1,第94 - 61页,1994。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. 睡椅和o·n·拉梅什,”起源的屈折不稳定层流分离泡沫,”流体力学杂志卷,629年,第298 - 263页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. 美国Maucher,球场骚乱,s·瓦格纳,“精制交互的直接数值模拟方法在泡沫分离过渡,“张仁杂志,38卷,不。8,1385 - 1393年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. l·e·琼斯、r·d·桑德伯格和n . d . Sandham“强迫的直接数值模拟和非受迫性分离泡沫发病率在机翼上,“流体力学杂志卷,602年,第207 - 175页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. 美国球场骚乱、m . Lang和s .瓦格纳”调查控制过渡开发利用层流分离泡通过LDA和PIV,”实验流体,36卷,不。1,43-52,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. m . Lang o . Marxen,球场骚乱,瓦格纳,”联合数值和实验调查层流分离泡的过渡”最近的结果在层流湍流过渡施普林格,页149 - 164年,2004年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. m . Langari和z,“数值研究的主要不稳定在一个分开的高架自由流湍流边界层转捩,”物理的流体,25卷,不。7日,第074106条,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. h·李和z杨分离边界层转捩在压力梯度下自由流湍流的存在,”物理的流体没有,卷。31日。10日,第104106条,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. 杨z”,在泡沫分离绕过过渡:审查,”推进和能源研究,8卷,不。1,23-34,2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. z杨即阿布达拉,“二次不稳定的过渡分离泡沫,”电脑&液体卷,179年,第603 - 595页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. 森古普塔和p·塔克”,强迫振荡频率和不稳定的影响醒来separation-induced过渡的压力梯度流动为主,“物理的流体,32卷,不。9日,第094113条,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. 答:森古普塔和p·塔克”,强迫振荡频率和自由流湍流的影响在压力梯度separation-induced过渡流为主,“物理的流体,32卷,不。10日,第104105条,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. r . j . Volino”模拟低压涡轮机翼条件下分离流过渡:第1部分的意思是流动和湍流统计,”ASME涡轮2002年世博会:土地,海洋,和空气,美国机械工程师学会,页691 - 702,Turbomachinery-Transactions ASME的学报,2002。视图:谷歌学术搜索
22. m·雅苒”测量separation-bubble过渡freestream动荡的影响,”ASME涡轮2002年世博会:土地,海洋,和空气,美国机械工程师学会,页647 - 660,Asme涡轮世博会:土地,海洋,&空气,2002。视图:谷歌学术搜索
23. m·法莫替丁”层流分离泡沫的结构和行为,”AGARD CP4第2部分陛下,页813 - 854,固定办公室1966。视图:谷歌学术搜索
24. NUMECA,用户手册,2019年学术研发许可。
25. 答:流利,用户手册,2019年学术研发许可。
26. 威尔科克斯特区,“先进scale-determining方程湍流模型的重新评估,”张仁杂志,26卷,不。11日,第1310 - 1299页,1988年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. 威尔科克斯特区,“比较two-equation湍流模型边界与压力梯度层,”张仁杂志没有,卷。31日。8,1414 - 1421年,1993页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. f . r .表示“状态”,“Two-equation涡粘性湍流模型的工程应用中,“友邦保险的日记,32卷,不。8,1598 - 1605年,1994页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. f . r .表示“状态”,r . b . Langtry s . r . Likki y . b . Suzen p·g·黄和s . Volker”correlation-based过渡模型使用局部变量部分:模型公式,“涡轮机械杂志,卷128,不。3、413 - 422年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
30. r·b·Langtry f . r .表示“状态”,s . r . Likki y . b . Suzen p·g·黄和s . Volker”correlation-based过渡模型使用局部变量第二部分:测试用例和工业应用,”涡轮机械杂志,卷128,不。3、423 - 434年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. d·k·沃尔特斯和d Cokljat”three-equation涡粘性模型Reynolds-Averaged n - s模拟过渡流”流体工程,卷130,不。12日,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. r·g·雅各布斯和p·a·杜宾”模拟绕过过渡。”流体力学杂志卷,428年,第212 - 185页,2001年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. d . Lengani d·西摩尼m . Ubaldi p . Zunino和f·贝尔蒂尼”实验研究自由流湍流引起的逆压力梯度过渡,“科学实验温度和流体卷。84年,18-27,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. d·西摩尼d . Lengani m . Ubaldi p . Zunino和m . Dellacasagrande”检查层流分离泡的动态属性:自由流湍流强度影响不同的雷诺数,”实验流体,卷。58岁的没有。6,66年,页2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. d·西摩尼m . Ubaldi p Zunino, e . Ampellio“自由流湍流边界层的影响尤其是低压汽轮机叶片,”热科学杂志》,25卷,不。3、195 - 206年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
36. d·西摩尼m . Ubaldi p . Zunino d . Lengani f·贝尔蒂尼,”一个实验调查的分离流过渡高扬程涡轮叶片压力梯度下,“流、湍流和燃烧,卷88,不。1 - 2日,45 - 62年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2021瞿Yonglei et al。这是一个开放分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。