【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种适用于高超声速凹腔诱导边界层转捩的预测方法，属于航空航天领域。
技术介绍
1、边界层转捩预测与控制在航空航天领域具有广泛的应用背景，这主要是因为层流流动和湍流流动在摩擦阻力、噪声、热交换和掺混等方面有巨大差别，以空天飞机为例，表面保持层流时有效载荷与总重之比是全湍流时的二倍以上。在高超声速飞行器绕流中，边界层转捩是一个重要的流动现象。它主要影响飞行器的摩擦阻力、气动加热、进气道质量捕获、发动机内燃料掺混和燃烧等。相对于层流而言，湍流区的表面热流显著增加，因此需要在湍流区增强热防护以保证飞行器安全。由于热防护系统自重较大，转捩提前将极大降低飞行器的有效载荷。
2、在实际工程中，边界层转捩对高超声速飞行器气动设计具有重要影响，对于高超声速飞行器，粗糙元诱导转捩是重要的转捩形式之一。由于高温烧蚀剥离、部件安装缝隙以及材料的不均匀膨胀等，会使得飞行器表面产生局部凸起或凹陷，这些凸起和凹陷会进一步诱导边界层转捩。
3、研究表面凹腔诱导边界层转捩的方法主要有风洞实验、工程转捩准则、基于线性稳定性的en方法、大涡模拟方法(les)、直接数值模拟方法(dns)、基于雷诺平均(rans方程)的转捩模型方法等，其中，风洞实验成本较高，较难获得详细的流动信息；基于大量风洞实验数据的工程转捩准则，缺乏一定的物理机理，仅仅是数据的拟合，在应用到不同外形的飞行器时需要重新标定；en方法通过求解线性稳定性方程，可以准确描述线性稳定过程，其局限性在于en方法于不能应用于复杂的三维模型且不能与现代cfd技术兼容；dns方
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是提供一种适用于高超声速凹腔诱导边界层转捩的预测方法，针对原始的 γ-re θ转捩模式，通过对其分离诱导间歇因子 γ sep进行修正，提高分离区和强逆压梯度流动下湍动能的生成。利用湍动能生成项与耗散项之比构造修正函数，对比耗散率 ω输运方程的耗散项进行修正，减小比耗散率 ω，提高sst湍流模式在三维分离流动中的湍流长度尺度，使得修正后的 γ-re θ转捩模式在存在分离和强逆压梯度流动区域，通过提高有效间歇因子 γ eff和增大比耗散率 ω 输运方程的耗散项，提高湍动能的生成，准确预测强逆压梯度下分离泡的大小和再附点位置，使得尾迹区流动快速转捩为湍流，进而提高 γ- re θ转捩模式对转捩位置的预测精度。
2、本专利技术目的是通过下述技术方案实现的。
3、本专利技术公开的一种适用于高超声速凹腔诱导边界层转捩的预测方法，包括如下步骤：
4、步骤一： γ-re θ转捩模式的输运方程为：
5、 γ-re θ 转捩模式是在sst湍流模式框架的基础上通过添加额外的两个输运方程（间歇因子 γ输运方程和转捩起始位置处动量厚度雷诺数输运方程）实现对转捩过程的预测，这两个输运方程基于实验数据拟合得到，具体构造形式如下：
6、
7、
8、其中 t为时间变量， x j为空间变量， ρ为密度，和为模式常数， u j为速度分量， μ为分子粘性系数， μ t为湍流涡粘性系数； p θt为输运方程中的生成项，强制输运标量与通过经验公式获得的当地动量厚度雷诺数 re θt相匹配。
9、式(1)中间歇因子 γ输运方程的生成项 p γ和耗散项 d γ的构造形式为：
10、
11、其中 flength用以控制转捩区长度, fonset是触发转捩的开关函数， f turb控制间歇因子 γ的耗散， s为应变率张量的模， ω为涡量张量， c a1、 c a2、 c e1、 c e2为模式常数。
12、 γ-re θ 转捩模式对分离流动诱导的预测通过分离间歇因子 γ sep实现：
13、
14、其中 s 1为常数，可以通过调节 s 1的大小来调整模型对分离诱导转捩的敏感性， re v为涡雷诺数， re θc为临界动量厚度雷诺数，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于高超声速凹腔诱导边界层转捩的预测方法，其特征在于，根据模型外形尺寸搭建计算网格；根据网格和来流参数，以原始的γ-Reθ 转捩模式为基本框架，通过构造压力梯度修正函数，对其中的分离诱导间歇因子进行自动修正，以湍动能生成项与耗散项比值构造修正函数，用于增大比耗散率ω输运方程的耗散项，以增大湍流长度尺度来直接反映强逆压梯度下边界层内湍动能的影响，从而实现γ-Reθ 转捩模式在强逆压梯度分离流动下的预测功能。
2.如权利要求1所述的一种适用于高超声速凹腔诱导边界层转捩的预测方法，其特征在于，γ-Reθ 转捩模式的输运方程为：
3.如权利要求2所述的一种适用于高超声速凹腔诱导边界层转捩的预测方法，其特征在于，引入无量纲压力梯度指示因子Hc为：
4.如权利要求3所述的一种适用于高超声速凹腔诱导边界层转捩的预测方法，其特征在于，构造的修正函数表达式如下：
5.如权利要求4所述的一种适用于高超声速凹腔诱导边界层转捩的预测方法，其特征在于，湍动能生成项与耗散项之比为：
6.如权利要求5所述的一种适用于高超声速凹腔诱导边界层转
...【技术特征摘要】
1.一种适用于高超声速凹腔诱导边界层转捩的预测方法，其特征在于，根据模型外形尺寸搭建计算网格；根据网格和来流参数，以原始的γ-reθ 转捩模式为基本框架，通过构造压力梯度修正函数，对其中的分离诱导间歇因子进行自动修正，以湍动能生成项与耗散项比值构造修正函数，用于增大比耗散率ω输运方程的耗散项，以增大湍流长度尺度来直接反映强逆压梯度下边界层内湍动能的影响，从而实现γ-reθ 转捩模式在强逆压梯度分离流动下的预测功能。
2.如权利要求1所述的一种适用于高超声速凹腔诱导边界层转捩的预测方法，其特征在于，γ-reθ...
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