谱单元法在湍流数值模拟中的应用

采用高精度谱单元方法(spectral element method,SEM)对Re=3900下圆柱绕流和Re=5300下圆管湍流进行直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS),将结果与大涡模拟结果(large eddy simulation,LES)、基于有限体积法(finite volume method,FVM)的DNS结果以及实验结果进行了对比分析。对圆柱绕流的量化分析结果显示,尾流中心线处流向平均速度的SEM计算结果与实验结果基本吻合,而LES方法则低估了回流区最大速度并高估了离圆柱较远区域流向速度的协方差。另一方面,圆管湍流的对比结果显示,SEM法结果与FVM法结果在一阶统计量上基本吻合,而在二阶统计量上则略有差异,表现为FVM方法结果的流向雷诺正应力预测值偏大,而环向与径向预测值偏小。

基于旋转杆的低雷诺数SD7003翼型流动控制研究

为了研究翼型边界层内旋转杆对SD7003翼型的尾涡模式和气动特性的影响,本文基于高精度的谱单元方法,对α=4度及Re=5000下SD7003翼型进行直接数值模拟。通过改变旋转杆在边界层内的位置和转速比,发现SD7003翼型的4种尾涡脱落模式,结合对SD7003翼型升力系数的频谱分析,详细统计了旋转杆不同位置和转速比下的翼型尾涡模式,揭示了旋转杆能推迟甚至抑制边界层流动分离以及翼型尾涡模式随旋转杆的变化规律;根据对SD7003翼型气动特性的量化分析,发现平均升力系数最大可提高114%,平均阻力系数最大增加88%。增加转速比后,平均升力系数最大提升44%,升阻比提升幅值为56%。旋转杆对SD7003翼型有较好的控制效果,为低雷诺数下翼型的边界层控制提供方法和思路。