论文摘要
大范围分离流动现象广泛存在于航空、航天、航海、风工程等领域。大分离流动通常表现出强烈的非定常旋涡脱落，伴随着气动噪声的产生，导致非定常气动力，甚至引起结构的振动而产生疲劳。DES类方法结合RANS和LES各自的优势，更适用于工程中大分离流动的数值预测。本文归纳了DES类方法发展的历程，基于k-ω-SST两方程湍流模型构造了DES、DDES、IDDES等方法，并分析了几种方法的构成特性和优缺点。基于均匀各向同性湍流衰减（DHIT）算例，标定了DES中的重要参数CDES；基于DHIT和串列双圆柱算例，研究格式耗散的影响：过大的格式耗散，使得解析湍流衰减过快，抑制分离区域小尺度结构，推迟表面流动分离，缩短压力频谱的频域解析范围。本文采用六阶中心耦合五阶WENO插值的对称TVD格式，为更好的预测小尺度湍流结构，构造了与DES类方法相匹配的自适应耗散格式。在该格式基础上，对比分析DDES和IDDES方法对串列双圆柱流动预测结果的影响：IDDES方法包含WMLES模型，能够反映来流边界层中湍流信息的作用，加快RANS到LES的转换，在圆柱表面的流动分离、圆柱之间区域湍动能分布的预测上较DDES方法更好。本文假设圆柱表面存在层流区，采用准层流假设（DDES-Quasi-Laminar）初步研究了转捩带对串列双圆柱流动的影响，发现由DDES-QL方法得到的后圆柱尾迹中的湍动能分布相比DDES方法更接近于有转捩带的实验结果。本文基于DDES和自适应耗散的对称TVD格式，研究了基本起落架（RLG）的非定常流动，给出表面压力、流线、压力均方根分布等表面特征，以及空间速度场，解析和模化的雷诺应力，瞬时空间涡结构等空间流场信息。计算表明，大部分计算结果与实验吻合较好。重点分析了表面特征之间及其与空间流动之间的相互关系，得到了表面最大声压级位于横轴底部和后轮近地侧靠内的位置，其产生原因均与来流非定常脱落涡的作用有密切关系。