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申请/专利权人：天津大学

摘要：本发明涉及一种考虑非平行性的水下回转体边界层的自然转捩预测方法，包括以下步骤：步骤一，计算考虑非平行性的水下回转体的层流边界层的基本流；步骤二，建立考虑基本流非平行性的水下回转体边界层内的小扰动演化的控制方程；步骤三，设置考虑非平行性的小扰动演化的参数和条件；步骤四，使用有限差分法求解考虑非平行性的小扰动演化的方程，数值求解出小扰动的演化结果；在每个流向位置处，用流向速度分量模值在当地的最大值表示小扰动在此处的幅值；步骤五，基于小扰动演化的结果，预测考虑非平行性的水下回转体边界层的自然转捩位置。

主权项：1.一种考虑非平行性的水下回转体边界层的自然转捩预测方法，包括以下步骤：步骤一，计算考虑非平行性的水下回转体的层流边界层的基本流，使用AnsysFluent数值求解水下回转体的层流流场，未使用平行流的假设，所述层流流场的基本流是随流向和法向变化的；步骤二，建立考虑基本流非平行性的水下回转体边界层内的小扰动演化的控制方程，方法为：1将流动的瞬时量分解为基本流与小扰动之和；瞬时量与基本流都满足Navier-Stokes方程，瞬时量满足的方程减去基本流满足的方程，得到扰动方程，忽略非线性的高阶小量，得到小扰动满足的线性扰动方程，表示为： 其中，Γ、A、B、C、Vξξ、Vηη、Vζζ、Vξη、D是系数矩阵，包含了步骤一中计算出的基本流信息；Φ'ξ,η,ζ,t＝u',v',w',p'T是小扰动矢量，ξ、η、ζ分别是贴体坐标系下的沿壁面的流向坐标、垂直壁面的法向坐标和沿壁面的周向坐标，t为时间；u'、v'、w'分别是流向的速度扰动、法向的速度扰动和周向的速度扰动，p'是压力扰动；2在计算小扰动演化时，同时考虑基本流在流向和法向的变化，将小扰动矢量设解为调和型行进波的形式： 其中，是小扰动的形状函数矢量；α0是参考流向波数，β是周向波数，ω是圆频率；c.c.是复共轭；3将调和型行进波的形式2代入线性扰动方程1，得到考虑基本流非平行性的水下回转体边界层内的小扰动演化的控制方程： 其中，是系数矩阵，其表达式为： 步骤三，设置考虑非平行性的小扰动演化的参数和条件：给定小扰动的圆频率ω以及相应的参考流向波数α0，在计算域入口处给定小扰动的形状函数；在计算域的出口处使用外推边界条件；在计算域的上边界，使用小扰动趋于零的边界条件，即在壁面上使用无滑移边界条件，即步骤四，使用有限差分法求解考虑基本流非平行性的水下回转体边界层内的小扰动演化的控制方程，数值求解出小扰动的演化结果；在每个流向位置处，用流向速度分量模值在当地的最大值表示小扰动在此处的幅值；步骤五，基于小扰动演化的结果，预测考虑非平行性的水下回转体边界层的自然转捩位置。

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