超音速细长体分离流计算：k-ε模式对比分析

"几种k-ε模式在细长体分离流计算中的应用 (2004年)" 这篇2004年的论文主要探讨了在计算细长体（如飞机和战术导弹）在超音速中等大攻角下背风面分离流时，不同k-ε湍流模型的应用和表现。k-ε模型是一种广泛用于模拟湍流的闭合方法，它通过两个方程分别描述湍动能k和湍动能耗散率ε来近似地捕捉湍流行为。 论文中提到了三种k-ε模式：Launder-Spalding k-ε模式、Shih k-ε模式以及重整群(Renormalization Group) k-ε模式。这些模型在模拟分离涡的强度、位置、物面压力分布、集中力和力矩以及湍流粘性比等方面进行了比较，并与已有实验数据进行了对比分析。 1. Launder-Spalding k-ε模式是早期的k-ε模型之一，由Launder和Spalding发展，适用于壁面湍流的模拟，但可能在处理复杂的分离流时不够精确。 2. Shih k-ε模式是Launder-Spalding模型的改进版本，引入了更为复杂的湍流粘性项，以提高对湍流结构的描述能力。 3. 重整群k-ε模式是基于统计重正化理论的模型，能够更好地处理非均匀流和大规模湍流结构，因此在复杂流动模拟中表现出色。 研究结果显示，所有三种k-ε模式在模拟背风面分离流时都有良好的表现，但重整群k-ε模式的计算结果与实验数据最接近，显示出更高的精度。这表明，在处理细长旋成体的分离流动问题时，重整群k-ε模式可能是更优的选择。 论文强调了细长体背风面分离流动对飞行器气动性能的重要性，特别是在大攻角飞行时，它直接影响飞行器的稳定性和操纵性。因此，对这类流动的准确预测对于飞行器设计和控制系统的优化至关重要。由于分离涡是由三维边界层分离产生的，仅依赖忽略粘性的Euler方程无法准确描述这种流动，必须借助Navier-Stokes方程进行计算。 总结来说，这篇论文提供了对k-ε湍流模型在细长体分离流计算中应用的深入理解和评估，对于航空航天领域的工程实践具有很高的参考价值。通过对比不同k-ε模型，研究者可以为特定的流动问题选择最适合的湍流模型，从而提高计算流体力学(CFD)模拟的准确性。