嵌边法出流条件在可压缩流直接数值模拟中的应用

【摘要】：直接数值模拟是目前研究流动问题的有效方法。由于计算域总是小于实际流动区域,选择恰当的边界条件是保证计算可靠的必要条件。对可压缩流,较常用的是基于特征关系的边界条件。但在非定常流的计算中,这种方法有时并不能给出令人满意的结果,特别是要求无反射的出流边界条件。其主要原因是,从特征关系角度看,只要是亚音速区,就总有入射特征波。除非能事先给出此波之值,否则总会有误差。而事先给出其值一般来说是不可能的。 在实现无反射出流条件的方法中,有一种所谓的嵌边法(fringe method),也称缓冲区法、海绵区法等,其主要思想是:在出流处增加一段特殊区域——嵌边区,在该区域内,经过修正的Navier-Stokes方程可将出流扰动衰减至足够小以尽可能地减弱出流反射波的强度。该方法对不可压缩流的有效性已在实际应用中被证实。本文采用直接数值模拟的方法,以嵌边法为出口边界条件试算了亚、超音速平板边界层扰动波的演化、超音速流中涡的传播、亚音速平板边界层扰动在尾缘的绕射问题,证实了嵌边法在可压缩流的计算中,比一般基于特征波分析的方法,可以取得更接近于真正无反射边界条件的结果。特别是在亚音速情况更是如此。本文还提出了一种衡量边界条件是否有效的评判标准。最后讨论了嵌边法的参数选取问题。