低雷诺数湍流模型的网格特征

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1、低雷诺数湍流模型的网格特征　　摘要：　　低雷诺数模型目前主要应用于二维简单流动的数值仿真中，为研究该湍流模型在三维复杂流动计算中的网格特征，选取不同系列的车身面网格尺寸、车身壁面第一层边界层与壁面法向高度以及边界层层数等3组网格参数，利用ANSYS对阶背式MIRA模型外流场进行数值仿真.数值仿真结果与风洞试验的结果对比表明：数值计算得到的车身表面平均y+值随面网格尺寸增加而呈现减小趋势；网格方案对气动力因数和车身表面压力因数分布影响显著，气动阻力因数仿真值与试验值误差的变化区间为0.83%～7.93%，气动升力因数误差变化区间为10%～104%；气动阻力因数和气动升力因数均随着边界层层数的增加

2、而增大，边界层层数为5时可以得到兼顾气动力因数精度和车身表面压力因数精度的较优仿真结果.　　关键词：　　低雷诺数模型；网格特征；数值模拟；阶背式MIRA模型；风洞试验　　中图分类号：O355；TP391.9　　文献标志码：A　　Abstract：　　ThelowReynoldsnumbermodelismainlyusedtosimulatesimple2Dflows.Tostudymeshfeatureofthemodelappliedincomplex3D10flow，threegroupsofparameters，includingdifferentseriesofcarbodysurf

3、acemeshsize，thenormalheightoffirstboundarylayerandwallboundarylayersnumber，areselectedtosimulatethenotchbackMIRAflowbyANSYS.Accordingtothecomparisonbetweennumericalsimulationresultsandwindtunneltestresults，aconclusionisdrawnthat，thefacetaveragey+ofcarbodyinsimulationdecreaseswiththeincreaseofsurface

4、meshsize；themeshschemeaffectstheaerodynamicforcefactorsandsurfacepressurefactordistributiononbodysurfacesignificantlywithanaerodynamicdragfactorerrorvariationrangeof0.83%～7.93%andaerodynamicliftfactorerrorchangeintervalof10%～104%；withtheincreaseofboundarylayersnumber，theaerodynamicdragfactorandtheae

5、rodynamicliftfactorincreases；whenthewallboundarylayernumberisfive，abettersimulationresultcanbeobtained，whichcanensuretheaccuracyofbothaerodynamicfactorsandbodysurfacepressurefactor.　　Keywords：　　lowReynoldsnumbermodel；meshfeature；numericalsimulation；notchbackMIRAmodel；windtunneltest　　0引言10　　汽车外流场具有复杂

6、的大分离结构，并伴随地面效应，呈现出较强的非定常三维流动特性.有研究者依据流体流动的物理守恒定律建立流体动力学控制方程，但由于受到计算机内存和计算速度的限制，无法直接用瞬时的控制方程对汽车外流场进行计算，因此工程上主要采用雷诺平均（ReynoldsAverageNavierStockes，RANS）方法对控制方程进行处理，并取得很好的效果.目前应用最为广泛的RANS模型为两方程kε模型.　　标准kε模型、重整化群（RenormalizationGroup，RNG）kε模型和可实现的kε模型均是高雷诺数的湍流模型，对充分发展的湍流流动才有效.在近壁区内流动，湍流发展不充分，雷诺数较低，特别是在黏

7、性底层区域，黏性力起主导作用，湍流切应力几乎不起作用.因此，在近壁区内不能使用高雷诺数的kε模型进行计算，必须采用特殊的处理方式.传统的高雷诺数模型采用壁面函数法处理近壁面流动.壁面函数的表达式是根据简单流动边界层的实测资料归纳出的半经验性公式，因此当流动分离过大或近壁面流动处于高压之下时，该方法对流场的计算结果不理想.[1]低雷诺数模型通过对高雷诺数kε模型的系数进行修正，体现不同流态下分子黏性