多孔介质包裹圆柱钝体的空气动力学和气动声学特性研究

基于一种新的多孔介质与纯流体耦合方法,对多孔介质包裹的圆柱钝体的空气动力学和气动声学性能进行了数值研究。该耦合方法基于状态投影方法和k-ω湍流模型,并在可压缩流空气动力学和气动声学求解器(AAISIM)中实现。不同于常见的多孔介质模型,该方法定制了多孔介质表面的湍流边界层方程。针对远场声场的计算,渗透型PFW-H方法和普通FW-H方法都被实现在AAISIM中,结果表明PFW-H方法比FW-H方法更适合与多孔介质包裹的多孔圆柱的远场声场计算。本研究模拟了7种不同多孔介质包裹层的流场特性和声场特性,涵盖了多孔介质在单位英寸内的孔的个数(PPI)从5到80。总的升力与阻力包括了内部圆柱表面的受力,多孔层的受力和多孔介质交界面处的受力。研究发现均方根(RMS)升力系数和风噪均在10 PPI情况下达到最小值,而在20 PPI情况下获得最大总平均阻力系数。多孔涂层圆柱的死区长度比光圆柱的死区长度长。随着PPI的增加分离泡从内圆柱表面转移到多孔介质的外表面。随着PPI数量的增加,在多孔与流体交界面附近的湍动能增加。