近期，西北工业大学航空学院研究团队依托西安计算中心提供的计算平台，采用脱体涡模拟方法，在一套单元数接近3亿规模的网格下开展了CRM-HL高升力运输机标模的涡系结构精细数值模拟和性能评估工作。研究表明：CRM-HL构型上存在着各种形态涡结构的生成、演化、以及相互作用，它们将影响运输机起降过程中的载荷与噪声分布；相较于传统的涡识别方法，新一代Rortex涡识别方法能够更加清晰且精细地辨识出流场中所存在的各种不同强度的涡结构；脱体涡模拟方法有能力捕捉真实运输机起降构型上的复杂流动现象，为运输机的设计工作提供有力的分析工具。该研究结果在流体力学领域知名期刊Physics of Fluids《流体物理》上发表了一篇研究论文，并对西安计算中心致谢。

论文标题：

《Detached-eddy Simulation of the Vortex System on the High-Lift Common Research Model》

《CRM-HL高升力运输机标模涡系的脱体涡模拟》

研究背景：

   研究工作来源于国家自然科学基金-湍流重大研究计划项目“微分雷诺应力湍流模型框架下的新型DES方法研究”。旨在评估DES方法在真实高升力运输机构型上流场涡结构的模拟预测能力，考核不同涡辨识方法在复杂涡系中的辨识性能，研究高升力运输机构型上丰富涡结构的生成与演化。

研究目的：

   大型运输机起降过程的流场中存在着影响流场发展与演化的复杂涡系结构，对其精细捕捉在运输机的增升减阻设计、气动噪声预测与降噪设计等方面具有重要工程意义。运输机的起降构型由于几何外形复杂、流动雷诺数高、流动物理复杂等特点，对其流场的精细模拟一直以来都是航空科学领域的难点。课题组采用脱体涡模拟方法，在一套单元数接近3亿规模的网格下开展了CRM-HL高升力运输机标模的涡系结构精细数值模拟，考核脱体涡模拟方法对于运输机起降构型复杂流场的预测能力，评估各种涡识别方法在真实工程构型上复杂涡系的辨识性能，研究运输机起降构型上丰富涡系结构的生成与演化。

图1 摘要图

研究方法：

   湍流建模、计算流体力学数值模拟、涡辨识方法。CRM-HL构型的几何与计算域如图2所示。

图2  CRM-HL构型的几何与计算域。a：几何；b：计算域外边界；c：计算域内边界

研究结果：

   采用不同涡识别方法对CRM-HL构型的流场涡结构进行辨识。结果表明(图3)，涡量方法的涡结构辨识分辨率较低，Q-准则方法受剪切作用的污染较严重。虽然随着阈值的增大，剪切污染会减弱，但代价是流场中的一些强度较弱的涡将被过滤掉。Rortex方法能够在不受剪切污染的同时辨识出流场中各种强度的涡结构。

   脱体涡模拟方法高保真地捕捉到CRM-HL构型上丰富涡结构的生成与演化(图4)，例如：主翼翼根上表面发卡涡的生成、发动机短舱边条翼尖涡的生成以及它对下游机翼上表面涡结构的卷吸作用、短舱边条上脱体涡以及短舱挂架的尾迹、缝翼支架尾迹发卡涡的生成、主翼与襟翼翼尖涡、以及CRM-HL构型下表面的马蹄涡与短舱尾涡等。

图3 三种涡识别方法（涡量法、Q-准则法、Rortex法）在不同阈值下辨识的CRM-HL构型流场涡系结构

图 4CRM-HL构型流场涡系结构

研究结论：

   本文在典型的高升力运输机构型——CRM-HL标模上开展了流场涡系结构的脱体涡模拟。研究表明，CRM-HL构型上存在着各种形态涡结构的生成、演化、以及相互作用，它们将影响运输机起降过程中的载荷与噪声分布；相较于传统的涡识别方法，新一代Rortex涡识别方法能够更加清晰且精细地辨识出流场中所存在的各种不同强度的涡结构。脱体涡模拟方法有能力捕捉真实运输机起降构型上的复杂流动现象，为运输机的设计工作提供有力的分析工具。