GAO-YONG湍流模型在扩压器流动数值模拟中的应用

"这篇论文是关于使用GAO-YONG不可压湍流方程组对二维扩压器流动进行数值模拟的研究。作者通过SIMPLE方法在同位网格上求解方程，采用界面速度动量插值法处理压力锯齿波问题，并使用正交贴体网格和二阶QUICK格式来提高计算精度。GAO-YONG湍流模型无需经验系数或壁面函数，能够准确预测有压力梯度的湍流流动，特别在模拟逆压力梯度流动时表现出色。" 在这篇2006年的自然科学论文中，研究者任鑫和高歌探讨了利用GAO-YONG湍流方程组来理解和模拟扩压器内部的流动特性。扩压器是航空发动机中的关键部件，其功能是将高速气流转化为低速、高压的气流，这一过程涉及复杂的湍流现象。在实际工程中，准确预测和理解这些流动对于优化发动机性能至关重要。 首先，研究采用了基于同位网格的SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations）算法，这是一种常用的流体力学数值求解方法，它能同时处理速度和压力场的迭代计算，适合于求解不可压流体问题。GAO-YONG湍流方程组在此基础上被用来描述不可压湍流流动，该方程组没有依赖于经验系数或壁面函数，从而降低了模型的复杂性。 为了克服计算过程中可能出现的压力波动（即“压力锯齿波”），研究者应用了界面速度动量插值法。这种方法可以更平滑地处理流体界面的速度分布，减少数值不稳定性和计算误差。同时，他们选择了正交贴体网格，这种网格布局更紧密地适应流体表面的几何形状，提高了计算的精确度。此外，二阶QUICK（Quadratic Upstream Interpolation for Convective Kinematics）格式用于离散对流项，确保了对流项的高分辨率，进一步增强了计算的准确性和稳定性。 论文对比了实验数据和使用BL（Baldwin-Lomax）模型的计算结果，BL模型是一种经验性的湍流模型，广泛应用于工业领域。结果显示，GAO-YONG模型在预测有压力梯度的湍流流动方面表现优秀，特别是在模拟逆压力梯度流动时，引入平均流压力梯度的概念对模拟效果产生了关键影响。这表明GAO-YONG模型在处理这类复杂流动问题时具有较高的物理解释性和计算有效性。 这篇论文展示了GAO-YONG不可压湍流模型在解决扩压器流动问题上的优势，为流体动力学和航空发动机设计提供了有价值的理论支持和计算工具。这种深入的数值模拟方法对于提升未来航空发动机的设计效率和性能具有重要意义。