【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机及燃气轮机复杂流动计算领域，尤其涉及一种基于vreman动态系数耦合k-ω系列模型的网格自适应湍流模拟方法。
技术介绍
1、航空发动机及燃气轮机是国家重大需求，是我国高端装备制造的重点发展领域。湍流现象在自然界和工程领域中普遍存在，对湍流的精准预测是研究复杂流动问题的一大难题。航空发动机及燃气轮机中湍流流动更是异常复杂，存在多尺度、非线性、非定常等特点，这些复杂湍流对航空发动机及燃气轮机的性能有很大影响。因此，在工程设计中，迫切需要发展预测精度高、计算效率高的湍流模拟方法，使之能准确模拟以航空发动机及燃气轮机内部流动为例的复杂工程问题中的湍流流动。
2、现有工程常用的湍流模拟方法以求解雷诺平均ns方程(rans)方法为主，虽然计算量较小，但由于其基于简单基本流动发展而来，对工程问题中多尺度、非定常、大分离等复杂湍流流动预测准确性不佳，从而难以实现对以航空发动机及燃气轮机内部流动为例的工程问题中复杂流动机理的精细化研究，严重制约航空发动机及燃气轮机等领域设计水平的提升。大涡模拟(les)方法作为高精度数值模拟方法，对网格数的要求很高，使其相比于rans方法计算耗费呈指数级增长，远高于工程应用中可以承受的计算耗费水平。对于航空发动机及燃气轮机内部流动等工程流动问题，雷诺数往往较高，在现有计算能力下，les方法还难以在工程设计层面上应用于复杂工程领域的流动预测。
3、近二十年来诞生了rans-les混合模拟方法，通过在近壁区域采用rans方法，主流区域采用les方法，来平衡计算精度和计算
4、本专利技术通过引入了vreman动态系数进一步提高网格自适应湍流模拟方法的预测精度和网格自适应性。相比于已公开的专利技术专利cn 115186607 a，可进一步提高网格自适应湍流模拟方法的预测精度，并大幅减少计算耗费。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术的目的在于提出一种基于vreman动态系数耦合k-ω系列模型的网格自适应湍流模拟方法，通过引入vreman动态系数进一步提升网格自适应能力，有效克服现有rans-les混合模型对网格的经验依赖度高的问题，在提升计算准确度的同时，大幅减少计算耗费，显著加快湍流模拟进程，更加快速地激发流动非定常特性，为解决复杂工程流动问题中多尺度、非线性、非定常等湍流流动的快速高精度模拟提供高效的数值模拟方法。
3、(二)技术方案
4、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于vreman动态系数耦合k-ω系列模型的网格自适应湍流模拟方法，包括如下步骤：
5、步骤一，判断是否应用屏蔽函数；
6、步骤二，计算vreman动态系数；
7、步骤三，确定当地动态网格长度尺度；
8、步骤四，构造尺度相关的调节函数；
9、步骤五，重构k-ω系列模型的湍流粘性；
10、步骤六，使用重构的湍流粘性进行湍流模拟；
11、①所述判断是否应用屏蔽函数包括：
12、结合所模拟的流动状态类型，判断是否采用屏蔽函数fgas，具体地，当所述流动状态类型为自由剪切流动，则不采用屏蔽函数，此时所述屏蔽函数fgas＝0；当所述流动状态类型为近壁流动，则采用屏蔽函数，所述屏蔽函数fgas可使用如：来源于ddes-sst模型中的f1屏蔽函数、f2屏蔽函数和来源于ddes-sa模型中的fd屏蔽函数；
13、②所述计算vreman动态系数包括：
14、基于当地速度梯度张量αij，构造vreman动态系数cdgas；
15、所述vreman动态系数cdgas由下式得到：
16、
17、
18、
19、βij＝αmiαmj
20、
21、其中，s为应变率，cgas为经验系数取0.6；
22、③所述确定当地动态网格长度尺度包括：
23、结合步骤一中所述屏蔽函数fgas，以及步骤二中所述vreman动态系数cdgas，确定当地动态网格长度尺度δ*；
24、所述当地动态网格长度尺度δ*由下式给出：
25、δ*＝cdgas[(1-fgas)δvol+fgasδmax]
26、δmax＝max(δx,δy,δz)
27、
28、其中，δx为当地六面体网格的长，δy为当地六面体网格的宽，δz为当地六面体网格的高；
29、④所述基于湍流能谱积分耦合k-ω系列模型构造尺度相关的调节函数包括：
30、按照k-ω系列模型中对湍动能的模化方式，得原始模化的湍动能km，根据步骤三中所述当地动态网格长度尺度δ*，基于湍流能谱通过积分得到实际应模化的湍动能ku；
31、所述实际应模化的湍动能ku由下式得到：
32、
33、其中，ck为柯尔莫哥洛夫常系数，取1.5；ε为实际的湍流耗散率；κc为可解湍流截断波数，由步骤三中所述当地动态网格长度尺度δ*决定，如下式所示：
34、
35、其中，π为圆周率，取3.14；
36、根据所述实际应模化的湍动能ku、所述原始模化的湍动能km和步骤一中所述屏蔽函数fgas，构造动态尺度相关的调节函数df；定义尺度之比为所述实际应模化的湍动能ku和所述原始模化的湍动能km的比值，所述动态尺度相关的调节函数df为所述尺度之比相关的函数，由下式得出：
37、
38、lgas＝(1-fgas)lu+fgaslm
39、
40、其中，lu为网格相关尺度，lm为k-ω系列模型给出的湍流长度尺度，由下式得出：
41、
42、其中，ωm为k-ω系列模型得到的原始模化的比耗散率；β*为k-ω系列模型中的常系数，取0.09；
43、⑤所述重构k-ω系列模型的湍流粘性包括：
44、采用步骤四中所述动态尺度相关的调节函数df对k-ω系列模型中的湍流粘性νt进行调控，得到重构的湍流粘性νsfs，由下式得出：
45、νsfs＝df·νt
46、⑥所述使用重构的湍流粘性进行湍流模拟包括：
47、采用步骤五中所述重构的湍流粘性νsfs，计算雷诺应力，并对k-ω系列模型的输运方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于Vreman动态系数耦合k-ω系列模型的网格自适应湍流模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于vreman动态系数耦合k-ω系列模型的...
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