【摘 要】
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高超声速湍流的建模与预测作为制约航空航天技术的“卡脖子”问题之一,对其基础问题——可压缩湍流边界层相似规律进行研究,可以促进飞行器设计技术的发展。飞行器外流场多为湍流,准确地数值模拟飞行器外流场对飞行器技术发展具有重要意义。目前最常用的数值模拟方法是求解雷诺平均方程（RANS）,RANS方程的封闭求解必须要依赖湍流模型展开,因此湍流模型准确度对流场求解结果影响巨大,亟需找到一种可以精准反映物理规律
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高超声速湍流的建模与预测作为制约航空航天技术的“卡脖子”问题之一,对其基础问题——可压缩湍流边界层相似规律进行研究,可以促进飞行器设计技术的发展。飞行器外流场多为湍流,准确地数值模拟飞行器外流场对飞行器技术发展具有重要意义。目前最常用的数值模拟方法是求解雷诺平均方程（RANS）,RANS方程的封闭求解必须要依赖湍流模型展开,因此湍流模型准确度对流场求解结果影响巨大,亟需找到一种可以精准反映物理规律的湍流模型构建方法。在对可压缩湍流边界层相似规律进行研究的基础上,结合高精度的直接数值模拟（DNS）数据对RANS方程中脉动量统计矩进行封闭,是构建湍流模型的一个新思路。按照这一思路,本文的研究主要包括两方面:1.利用DNS数据探究湍流边界层一般性规律;2.利用一般性规律构造湍流模型。相似性规律探索方面,利用平板DNS数据对湍流边界层中的尺度问题进行研究。发现了一种新的边界层内区尺度,即无密度雷诺剪切应力峰值点对应的壁面法向距离。使用这种尺度归一化的坐标,可以消除边界层内区一些变量分布的差异,进而获得较为统一的分布形式。同时,在新的归一化坐标下获得了雷诺应力各向异性参数剪切分量在边界层内区的半经验统一表达式。湍流模型构建方面,分别用半局部长度尺度归一化的壁面法向距离和无量纲湍流含能尺度做标度,获得了两个适用于CFD迭代求解的雷诺应力封闭关系式,并据此在涡粘框架下改进了单方程湍流模型KDO（Kinetic Dependence Only）,以翼型、机翼、高超声速平板与高超声速压缩拐角算例考核了该模型的适用性。结果表明:改进后的KDO模型在这些流动中计算比较精确。
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