题目：叶轮机内转捩模型应用及改进研究

层流与湍流的动量和能量的交换能力有量级上的差别，转捩对摩擦阻力、热交换、流动分离位置以及边界层的增长率等都有很大的影响，正确预测转捩现象在航空航天等领域具有非常大的实际意义。对于航空发动机来说，飞行器飞行高度的增加将导致雷诺数的降低，低压涡轮叶片表面边界层的层流区域随之增大，而层流边界层在逆压梯度作用下更容易发生分离，这种大面积的流动分离使得叶型损失急剧增加，进而发动机的效率下降、耗油率上升。CDA(Controlled Diffusion Airfoil)叶型在工作时吸力面前缘区维持层流流动，随后在峰值马赫数附近发生转捩，并通过控制从峰值马赫数到叶型后缘的扩散程度，使得边界层不发生分离。要在低雷诺数下控制流动分离，CDA叶型的设计中提供准确的流场信息，就必须要对边界层的发展，尤其是转捩的发生准确的预测。目前发展起来的预测方法中，eN法基于线性稳定性理论，这种方法不适合预测旁路转捩等非线性影响起主导作用的转捩；DNS和LES方法由于其巨大的计算量以及海量的瞬时数据，也难以推广到实际工程中去；RANS是目前工程上唯一可行的方法。现已开发出许多基于RANS的转捩模型，然而各种模型的准确性、通用性等还需要更多的校验和改进。为了评估RANS方法对转捩的预测精度，本文首先进行的工作是常用转捩模型的校验，通过和相关实验的比较，评估这些模型在分离流转捩以及尾迹诱导转捩中的预测精度，分析模型的作用机理。基于测评，本文挑选γ-Reθ模型作为进一步研究和改进的对象，提出了修改间歇因子输运方程中的参数ca1和ca2的改进方法。然后，本文分别对二维低压涡轮叶栅T106-EIZ以及三维CDA压气机叶栅V111进行数值模拟，检验修正方法的适用性。数值模拟包括旁路转捩、分离流转捩以及尾迹诱导转捩，结果表明该改进方法能够在很大程度上提高γ-Reθ模型对转捩的模拟精度。改进后的模型能够得到更为准确的转捩模式，转捩位置以及其他相关气动性能。