基于SA湍流模型的DES方法应用

陈江涛 张培红 周乃春 邓有奇

(中国空气动力研究与发展中心，绵阳621000)

20世纪60年代，计算流体力学 (CFD，Computational Fluid Dynamics)开始初步应用于飞行器设计.随着计算机技术的迅猛发展，CFD技术取得了巨大的进步，解决复杂工程问题的能力迅速增强.而今，CFD已经成为空气动力学研究的最重要手段之一，在飞行器设计等诸多工业领域里发挥了重要作用.目前，工程中多采用雷诺平均 N-S方程 (RANS，Reynolds-Averaged Navier-Stokes)的方法，该方法计算时间短、可靠性高，在工程界得到了广泛的应用.然而对于分离流动的计算，RANS方法往往不能给出不同尺度涡的发展变化细节.以当前的计算机水平，大涡模拟 (LES，Large Eddy Simulation)和直接数值模拟在复杂外形和高雷诺数 (大于105)问题中巨大的计算量使得这些高级模拟方法难以在工程中广泛应用.

1997 年 Spalart［1］发展的分离涡模拟 (DES，Detached-Eddy Simulation)方法使得模拟实际工程问题中大范围分离流动有了现实可行性，被认为是在现有的大型计算机集群的水平下，解决高雷诺数大分离非定常流动模拟最有可能成功的方法.DES把LES和RANS两种方法的优点相结合，是一种利用单一湍流模式的三维非定常数值求解方法，该湍流模式在网格足够密的地方相当于LES中的亚格子应力模式，在其他地方相当于RANS模式［2］.与 LES相比，DES方法不考虑湍流附面层内大量小尺度脉动运动，所需的网格数量大大降低，这样既可以在附面层内发挥RANS方法计算量小的优势，又可以在流动分离区域，对大尺度的脱体分离涡进行较好的模拟，既能捕捉到分……