低レイノルズ数における遷音速ファンの性能解析

低雷诺数跨音速风扇性能分析

基本信息

批准号：
14750719
负责人：
寺本進
金额：
$ 2.5万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、遷音速ファンの性能解析において重要な技術課題である、衝撃波-層流境界層干渉に誘起される境界層遷移の数値シミュレーションを目標に昨年度開発したLESコードの改良を行い、流れ場の解析を行った。まず、亜音速平板境界層のバイパス遷移のシミュレーションを行い、(1)実験結果とほぼ同じ位置で遷移が始まること(2)乱れ強さに応じて遷移位置が前後すること、を確認した。続いてGarnier & Sagaut(AIAA J. 40(2002))と同様の衝撃波-乱流境界層のシミュレーションを行った結果、圧力の2階微分に基づく衝撃波センサ関数では微弱な衝撃波を識別できないことが分ったため、速度ベクトルを用いた補正を行った。また、Roeスキームでは散逸過剰であったため、衝撃波付近の対流項評価にWENOスキームを採用した。以上の改良を施した結果、速度・乱れ全布や剥離位置が実験と一致する良好なシミュレーション結果を得ることができた。遷移と衝撃波-境界層干渉の双方で良好な結果が得られることを確認したのち、本題の衝撃波-層流境界層干渉に誘起された遷移のシミュレーションを行った。NASA MEMO 2-18-59Wの実験と同条件のシミュレーションを行った結果、実験と同様の摩擦係数分布を得ることが出来た。さらに流れ場を詳細に検討した結果、衝撃波が強い条件では剥離泡中ほど剥離剪断層で乱れが成長し始め、乱流遷移してから最付着するのに対し、中程度の衝撃波強度の場合には剥離泡後半から最付着点にかけて縦渦が成長し、最付着点下流で縦渦が崩壊して遷移に至る様子を明らかにすることができた。以上から、本研究により従来のRANSベースのCFDコードでは解析困難であった衝撃波-層流境界層干渉に誘起される境界層遷移の数値シミュレーションを解析できる数値解析コードを開発し、さらに流れ場の詳細を明らかにすることができた。

今年，去年开发的LES代码以边境过渡数值模拟为目标，这是对过渡风扇的性能分析中的重要技术问题。首先，进行了子速扁平边界层的旁路过渡的模拟，并确认过渡位置会根据干扰强度而有所不同。接下来，由于相同的冲击波 - 摩托车（AIAA J. 40（2002）），基于湍流边界层之间两层差异的冲击波传感器函数，无法识别弱冲击波因此，使用速度向量进行校正。此外，由于ROE方案过多，因此采用了WENO方案以进行冲击波的对流。由于上述改进，通过速度获得了良好的仿真结果，干扰了所有布，并且与实验相匹配的剥离位置。在确认可以在过渡和冲击波中获得良好的结果 - 边界干扰后，在冲击波分层的边界层干扰中对过渡进行了模拟。由于在与NASA备忘录2-18-59W实验相同的条件下进行了仿真，因此可以获得与实验相同的摩擦系数分布。此外，由于详细检查流动区域，在强的冲击波下，干扰开始在去皮泡沫中间的剥皮剪切层中生长，并使用了最大的冲击波强度，但是在情况下从剥离泡沫的后半部分生长到最大的沉降，垂直旋转的垂直旋转强度，很明显，垂直旋转在最大粘附的下游并达到了过渡。从上面的研究中，本研究开发了一个数值分析代码，该代码可以分析边界层过渡的数值模拟，该模拟很难在常规的rans CFD代码中进行分析，以及可以分析的数值分析代码，该代码可以分析的数值模拟边界层过渡，我能够澄清细节。