国家数值风洞风雷软件分布式粗糙壁面边界层流动模拟

摘要

针对粗糙元均匀分布壁面，基于国家数值风洞风雷软件，在k-ωSST湍流模型和γ-Re_θt转捩模型中分别引入粗糙壁面边界条件修正及粗糙壁面转捩动量厚度雷诺数，同时增加了部分粗糙表面设置，实现了局部/全局粗糙壁面边界层流动模拟能力。算例研究表明，对于全湍状态翼型，粗糙壁面导致失速攻角减小4°，1×10^-3倍弦长量级的等效粗糙元高度使最大升力系数下降约36%。同时粗糙壁面会使边界层转捩提前，导致翼型的摩擦阻力增大。计算分析证明，Hellsten等提出的粗糙壁面比耗散率边界条件能够较准确地反映粗糙度造成的影响，气动力计算结果与实验值基本吻合，流场模拟结果符合粗糙壁面流动特征；同时能够保证与转捩模型及其粗糙壁面修正的稳定耦合计算，对于转捩位置及其随粗糙度和来流湍流度变化趋势的模拟结果符合实验结果，但转捩区长度还需通过更严谨的实验进行进一步验证和修正。

关键词

边界层流动 / 粗糙壁面 / 湍流模型 / 转捩模型 / 国家数值风洞风雷软件