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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明公开的一种基于DES和NLAS的脉动压力环境预示方法，属于空气动力学技术领域。本发明基于DESNLAS方法，在大分离流等区域依然沿用预示效果好的DES方法，而对于DES方法无法求解的表面附体流动区域或激波震荡区域，基于NLAS方法小尺度量进行湍流重构，兼顾亚格子尺度声源的影响，再利用雷诺应力项重构壁面湍流噪声源，实现对壁面湍流脉动压力的传播演化，高效、准确地预示壁面脉动压力环境。本发明相对于RANS方法，对网格的要求较低，能够显著降低网格量，节省计算资源。本发明能够在RANS同一套网格上进行，也能够插值到新的更少的网格上完成，方便用于工程复杂外形的脉动压力环境预示，更好的适用工程复杂外形。

主权项：1.一种基于DES和NLAS的脉动压力环境预示方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、采用RANS湍流模型进行定常计算获取初始流场以及雷诺应力项；步骤一实现方法为，进行RANS方程求解时，采用考虑非线性的湍流模型，选用两方程非线性cubick-ε湍流模型，精确求解NLAS方程的非线性项，获取初始流场以及雷诺应力项；步骤二、通过RANS湍流模型计算的基本流场辨识出不同尺度的涡流结构分区，并划分基本的压力脉动产生区域；步骤三、对于大分离流动区域沿用使用DES方法进行计算，而对于其无法求解的附体流动区域或者激波震荡区域，则采用非线性噪声求解方法NLAS进行数值修正，NLAS方法采用非线性湍流模型NonlinearRANS求解流场，再采用非线性噪声求解器NLAS求解声场；NLAS以RANS的计算为基础提供湍流的统计平均值，无法求解的小尺度量则进行湍流重构，能够兼顾亚格子尺度声源的影响，在此基础上，NLAS再利用雷诺应力项重构产生噪声源，同时应用高精度低耗散求解器实现对壁面湍流脉动压力的传播演化，高效、准确地预示飞行器壁面脉动压力环境；步骤三中，DES方法是结合了大涡模拟LES方法和雷诺平均RANS方法的湍流模拟方法，通过对RANS湍流模型进行修正，使得在离壁面近处的区域采用RANS方法模拟边界层内小尺度涡的运动，而在远离壁面的区域处采用LES方法，对小尺度涡采用亚格子模型模拟，对大尺度涡进行直接模拟，针对大分离流动区域，而对于附体流动区域或者激波震荡区域可能存在无法求解的情况，采用非线性噪声求解器NLAS方法求解；NLAS方法是首先采用非线性湍流模型定常计算流场，获取雷诺应力项，不能求解的小尺度量则通过RANS得到的湍流统计结果重构出来，以此生成亚格子源项；将湍流模型获取的平均扰动项和重构的亚格子源项共同作为声学扰动方程的源项，对扰动方程进行非定常求解，获取壁面及空间声场信息；NLAS将流体变量分为统计平均项和扰动项： 其中，指流体变量的统计平均项，φ′指流体变量的扰动项；将其代入Navier-Stokes方程组并进行重新整理，等式左边为全部的扰动项，右边为全部的平均项，得非线性的扰动方程： 式中： 其中的p为压力，θi为传热项，δij为克罗内克符号，τ为剪切应力，e为单位体积能，表达式为： 忽略式2中的密度扰动并进行时间平均处理得： 式中：LHS与RHS分别代表式2的左项与右项，Ri是标准雷诺应力张量和湍流热通量相关项，由左式扰动项化解而来，表达式为： 式中，cp为定压比热容；Ri中各项由cubick-ε湍流模型求解得出；对于无法求解的小尺度脉动量，需要使用湍流统计结果重构作为亚格子源项；湍流重构指的是在cubick-ε求解得到的平均流场基础上产生对应的扰动速度场，再叠加到非线性扰动方程求解过程中；在LES和声学相关领域，湍流重构可以显著的降低计算成本，其湍流扰动速度的傅里叶模式方程如下： 式中： 其中，ui′xj,t为网格中特定位置的速度扰动，xj为笛卡尔坐标系中的位置，aik为当地雷诺应力张量的Cholesky分解，L为湍流长度尺度，τ为湍流时间尺度，和为余弦和正弦函数的系数，cn为速度缩放尺度，εijk为向量积运算的置换张量，Nα,β是高斯正态分布函数，其平均值α，标准偏差为β，上述湍流重构过程都是以cubick-ε计算的相关张量和湍流长度尺度与时间尺度作为输入，重构的结果将在式2时间迭代过程中作为扰动项加入，以此重构产生噪声源，实现对壁面湍流脉动压力的传播演化。

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