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现代飞机设计迫切需要计算流体力学为其提供准确、高效、实用的气动数据和流场分析工具,已经不再满足于仅采用Euler方程进行数值模拟。它要求数值求解Navier-Stokes(NS)方程以模拟粘性效应,提供更加准确而详实的流场信息。尽管求解雷诺平均NS方程(RANS)是解决现代空气动力学问题物理上最可信的方法,但它也有一个缺点:平均流动中湍流脉动量的影响是未知的。湍流脉动的影响作为一个新的附加项—雷诺应力,出现在RANS方程中,它是扰动速度分量二阶关联张量的散度。本文的目的就是把两方程湍流模型应用于NS方程计算,以模拟湍流脉动对平均运动的影响。 文中详细讨论了四种涡粘模型(Eddy Viscosity Model)和三种显式代数应力模型(Explicit Algebraic Stress Model)在数值求解雷诺平均NS方程(RANS)中的应用。所涉及到的两方程湍流模型一般包含两部分:一是尺度标定模型,它给出了湍流的标量信息,如两方程模型的尺度因子κ,ε或者ω。另一个是构成模型,即决定应力张量、应变率张量和两个湍流尺度因子之间的函数关系式,它决定了雷诺应力。如果构成模型是线性的,则为Boussinesq涡粘模型(EVM),如果构成模型是非线性的代数关系式,则为显式代数应力模型(EASM)。 本文是在欧拉方程求解器的基础上,通过加入粘性(耗散)项,把流场的主控方程由欧拉方程(Euler)改为NS方程,然后引入两方程湍流模型,使其封闭。为了得到更准确的计算结果,采用了改进的Jameson二阶、四阶人工粘性;采用隐式残值光顺技术和当地时间步长加速收敛。 加入两方程湍流模型后,通过对平板、翼型、ONERA M6机翼等绕流流场的数值计算,验证了加入的各湍流模型的准确性,测试了它们对不同湍流流场的预测能力。