绕凸包主动流动控制的初步数值研究

　　1前言

　　主动流动控制正成为流体工程领域研究热点之一。作为抛砖引玉，本文在数值校验基础上，对绕凸包流动主动控制进行了初步的参数化数值研究，目标则仅限于定常吹/吸手段控制分离。

　　2凸包绕流简介

　　本文选用凸包来自NASALangley研究中心关于sJA和湍流分离控制的cFD校验工作[l]。这是一本安装在平壁上的Glauert一Goldsehmied形凸包。在65%弦长处，凸包沿展长开有宽约1.8mm的狭缝以用于吹/吸气，其恰处于凸包由上凸转为下凹的转折点附近，也是流动倾向分离的位置。试验标准大气条件下进行，自由流马赫数为0.1。

　　3数值方法

　　计算采用二维N一S方程，并以Wilcox的低雷诺数k一、模型予以封闭，Men七er的SST模型被同时采用。求解过程使用Jameson方法，天一、模型方程则采用一阶迎风ADI格式[z]求解。计算中，吹/吸气区下端边界条件稍显复杂，视情给定如下:无吹/吸气时:按无滑移固壁处理;有吹/吸气时:u=0、v=c·poo·uoo/p，c>O

　　为吹气流量系数，C为吸气流量系数。

　　由于本算例采用网格较密，尤其吹吸气缝相比整个凸包尺寸异常狭小导致整场网格尺寸差异大，再加上本文用基于密度格式求解近不可压流动的困难，使得求解过程对初场有些敏感。

　　为了增加可比性，我们直接采用Rumsey^〔1】提供的网格。Rumsey的研究表明，这一网格足以给出不依赖网格的解。图1展示了网格细节　

　　4程序校验

　　为检验本文凸包分离流动数值研究的可靠性，对有试验结果的两种情形进行了数值计算。因篇幅关系只以图2有吸气情况予以说明，可见，本文结果与试验结果在前半段是比较一致的，误差在突包最高点后加大，而对比NASA的CFD结果表明，这是目前所有CFD程序的局限，其主要归结于目前湍流模型处理分离的困难局面。

　　5关于绕凸包流动的参数化研究

　　5.1开缝吸气情况

　　分别对主流速度为0.1和。，25马赫时由零吸气流量至相应于整个缝隙吸气量为0.08kg/s的共17个算例进行了数值模拟，最大吸气量占主流流量百分比分别为0.83%和0.32%。结果整理并部分示于图3、4，其展示了分离点和再附点位置随马赫数及吸气流量变化规律。总趋势是:随马赫数增加，相同吸气流量下，分离包增大;随抽吸流量越大，分离包越小，但对于具有特定缝隙的该凸包而言，当抽气量达到极限时，分离包大小趋向于不再变化;而且还有个趋势是当吸气量增大时，分离包减小速率变小，即较低吸气量时，其减小分离效果明显。

　　5.2开缝吹气情况