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，我们改善了去年开发的LES代码，其目的是通过冲击波线边界层干扰引起的边界层过渡的数值模拟，这在跨性别风扇的性能分析中是一个重要的技术问题，并分析了流场。首先，我们对亚音速扁平边界层中的旁路过渡进行了模拟，并确认（1）（1）过渡以与实验结果大致相同的位置开始，并且（2）过渡位置根据干扰强度而变化。随后，与Garnier＆Sagaut（AIAA J. 40（2002））中的冲击波动扰动边界层相同的模拟表明，基于压力的二阶差异，无法使用冲击波传感器函数来识别弱冲击波，因此使用速度矢量进行校正。此外，由于ROE方案被过度耗散，因此采用了WENO方案来评估冲击波附近的对流项。由于上述改进，获得了良好的模拟结果，其中速度，湍流织物和剥离位置与实验一致。在确认对过渡和冲击波 - 边界层干扰获得了良好的结果后，我们对冲击波语言边界层干扰引起的过渡进行了模拟，这是主要主题。由于在与NASA备忘录2-18-59W实验相同的条件下模拟的结果，获得与实验相同的摩擦系数分布。此外，对流动场的详细检查表明，在强烈的冲击波条件下，湍流开始在剥离剪切层朝向剥离泡沫的中间，并在湍流过渡后粘附，而在湍流过渡之后，在中等冲击力强度的情况下，垂直涡流的垂直涡流从果酱下降到骨的下半部分，并且是在果酱下的垂直范围，并且是果酱填充的范围，并且粘合了。大多数粘附点，导致过渡。从上面的研究中，这项研究开发了一个数值分析代码，该代码可以分析由冲击波线边界层干扰引起的边界层跃迁的数值模拟，这些跃迁很难通过基于常规的RANS CFD代码进行分析，并进一步阐明了流场的细节。