结合两种湍流模型的 $\gamma$-$Re_{\theta_t}$ 模型用于超燃冲压发动机进气道的转捩预测

由于高超声速流动中存在较厚的边界层，边界层的状态显著影响整个流场以及表面热载荷。因此，对于工程应用而言，层流向湍流转捩的高效数值预测是一项具有挑战性且重要的任务。在雷诺平均 Navier-Stokes 方程框架下，Langtry/Menter [1] 提出了 $\gamma$-$Re_{\theta_t}$ 转捩模型，该模型使用两个输运方程分别描述间歇性和 $\gamma$-$Re_{\theta_t}$，并与剪切应力传输湍流模型 (SST) [2] 结合。该转捩模型包含关于转捩起始点和长度的两个经验关联式。Langtry/Menter [1] 针对亚声速和跨声速流态设计并验证了这些关联式。对于我们在高超声速流态中的应用，即使使用相同的 SST 湍流模型 [3]，也证明有必要开发一套新的关联式。在本文中，我们提出了下一步工作，将该转捩模型与 SSG/LRR-$\omega$ 雷诺应力湍流模型 [4] 耦合，我们发现该模型非常适用于超燃冲压发动机进气道模拟。首先，我们利用高超声速平板测试案例说明了雷诺应力模型和高超声速内部关联式的必要修改。接下来，利用高超声速双斜坡测试案例，成功验证了该转捩模型与两种湍流模型耦合后的适用性。无论采用何种湍流模型，与实验数据相比，该转捩模型均能正确预测转捩过程。此外，我们将结合两种湍流模型的转捩模型应用于三种不同的全三维超燃冲压发动机进气道构型，这些构型已在风洞设施中进行了实验研究。结果也展示了与可用实验数据的一致性。