DG方法在透平气热耦合问题中的转捩模型研究

"基于间断Galerkin方法的局部化转捩模式在透平气热耦合问题中的应用研究，郝增荣，任晓栋，宋寅，顾春伟。本文探讨了在透平气热耦合问题中使用间断Galerkin(DG)方法，并结合二方程湍流模型BSL/SST和二方程转捩模型γ-Reθ进行数值模拟。" 本文的研究重点在于利用间断Galerkin方法来解决气热耦合问题，特别是在透平机械中的应用。间断Galerkin方法是一种高级的有限元方法，它允许在元素边界上存在不连续的解，从而提高了数值模拟的精度和灵活性。在该研究中，作者构建了一个统一的DG框架，用于同时处理流体动力学和热传递问题。 研究中引入了二方程湍流模型BSL/SST，这是一种常用的湍流模型，能够较好地模拟湍流流动情况，特别是对于壁面附近流动的预测。同时，还采用了二方程转捩模型γ-Reθ，该模型可以捕捉流动从层流到湍流转变的过程，这对于理解透平叶片表面的转捩现象至关重要。 为了解决二方程转捩模型中对数形式的ω方程源项带来的计算难题，作者采用了近似隐式处理方法，以减轻由刚性引起的计算复杂性。这使得他们能够使用显式Runge-Kutta Discontinuous Galerkin(RKDG)方法同步求解RANS方程、湍流方程、转捩方程和Fourier热传递方程，增强了对复杂耦合传热问题的模拟能力。 在实际应用中，研究人员针对高压内冷透平叶栅MarkII的5411工况进行了二维气热耦合模拟。计算结果表明，包含转捩模式的模型在预测叶片表面压力和温度分布方面与实验数据更加吻合。特别是，基于RKDG的SST+γ-Reθ模型能够准确捕捉到激波、转捩和分离等流动现象，这对于理解透平内部流动的物理过程具有重要意义。 通过对吸力面转捩、激波、分离与表面温度分布之间关系的深入分析，研究者揭示了不同模型在预测激波后表面温度时的差异。这项工作不仅为DG方法在叶轮机械内部复杂耦合传热模拟中的应用提供了有价值的参考，也为未来高精度CFD算法的发展奠定了基础。 关键词涵盖：动力机械及工程、气热耦合、间断Galerkin方法、局部化转捩模型、源项近似隐式处理。这项研究对于提高透平机械设计的效率和性能，以及优化热管理策略具有深远的科学和工业价值。