机翼绕流三维数值模拟：普朗特理论的验证与攻角效应研究

翼绕流的三维数值模拟是流体力学领域的一个重要研究课题，它探讨了如何利用数值计算方法来理解和预测飞机在飞行时机翼周围复杂流动特性。本文由河海大学硕士研究生吴建军撰写，其研究方向聚焦于机翼绕流的三维湍流问题，针对这个难题，他应用了有限元法（Finite Element Method, FEM）来离散Navier-Stokes方程，这是一种常用于处理复杂流动问题的数值求解技术。 论文选取了三个不同的湍流模型进行研究：标准的k-ε模型，低雷诺数k-ε模型，以及普朗特混合长度理论。k-ε模型是基于二阶矩湍流模型，而普朗特混合长度理论则是考虑了湍流内部尺度的一个混合模型。作者对比了这些模型在模拟机翼绕流时的表现，发现普朗特混合长度理论能够提供相对准确的结果，特别是在模拟边界层分离流动方面，这表明其在捕捉翼型特征和流动细节上具有优势。 相比之下，低雷诺数k-ε模型在处理这类问题时显得有些不足，可能是因为其在雷诺数较低的条件下表现不佳。标准的二方格（bs）模型则被认为不适合用来模拟机翼绕流，这提示了在选择湍流模型时需要考虑到具体应用场景的特性。 文章进一步深入研究，在确认普朗特混合长度理论的有效性后，作者将其应用于不同攻角下的机翼绕流模拟，揭示了随攻角增大，机翼尾部分离涡现象会逐渐增强的趋势。这种发现对于飞行器设计和空气动力学研究具有实际意义，可以帮助工程师优化飞机的气动性能，减少阻力并提高效率。 关键词：数值模拟、湍流模型、机翼绕流、有限元方法、雷诺数、普朗特混合长度理论、攻角。这一系列的研究成果不仅提升了理论理解，也为实际工程问题的解决提供了有价值的参考依据。这篇硕士论文在翼绕流的三维数值模拟领域做出了重要贡献，展示了数值计算在解决复杂流体动力学问题上的潜力。