【摘 要】
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空腔流动中包含多种复杂的物理现象,如剪切层不稳定性、边界层分离、旋涡运动、激波边界层相互干扰等,一直是流体力学中的一个重要问题。近年来,随着内埋式武器舱的应用,空腔
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空腔流动中包含多种复杂的物理现象,如剪切层不稳定性、边界层分离、旋涡运动、激波边界层相互干扰等,一直是流体力学中的一个重要问题。近年来,随着内埋式武器舱的应用,空腔问题也越来越多地受到工程界的关注。空腔流动问题的研究分析不仅有助于人们认识这种复杂的流动现象,对飞行器设计等工程实际也有着巨大的指导作用。本文首先详细研究了三维非定常雷诺平均N-S方程和DES方法在空腔流动问题的应用。对于雷诺平均N-S方程,采用格心格式有限体积法进行离散,对流通量计算采用Roe通量差分裂格式并由重构方法得到二阶精度。湍流模型为S-A一方程模型。时间推进采用五步Runge-Kutta法显式时间推进,由双时间推进得到真实物理时间的解。对于DES方法,在壁面附近采用S-A一方程模型,在远离壁面处采用类似大涡模拟的方法进行处理。利用上述两种方法对三维空腔进行了数值计算并与实验数据进行了对比,通过分析比较发现DES方法得到的结果更加准确,特别是通过频谱分析发现DES方法能够较好地捕捉空腔流动中的压强脉动,说明DES方法能够有效处理空腔流动问题。然后利用DES方法研究了在不同马赫数来流情况下空腔的流场特性以及不同长深比空腔的流场特性。计算结果表明,马赫数对空腔流动特性产生重要影响,随着马赫数增大空腔内的压强系数增加,同时某些状态下的空腔流场类型会发生变化,表现出流场结构的巨大变化。而当长深比从小到大变化时,空腔类型的总体变化趋势是从开式变为过渡式,再变为闭式,但其过渡区域的范围还与马赫数有关,表现出复杂的关系。最后本文研究了倾斜后壁被动控制方法,其结果说明倾斜后壁使得声压级略有降低同时改变了原始空腔的非定常振荡模态。
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