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基于非结构动网格技术及运动物面粘流场数值计算方法研究

吴贺贺  
【摘要】:运动物面粘流场数值求解技术已成为现代计算流体力学研究的热点之一,而其中的关键技术就是动网格的生成方法以及基于动网格技术的数值求解方法。 本文针对非结构运动网格生成技术研究,并将动网格技术与非结构同位网格有限体积法结合对Navier-Stokes方程进行数值求解,建立了基于非结构动网格的非定常数值离散计算模型及数值计算方法,编制了数值求解程序,并完成了算例验证。 本文发展了两种非结构动网格生成技术,一种是在标准弹簧法基础上进行了改进,提出了一种改进的弹簧近似法,该方法除考虑标准弹簧法中的防止网格节点相互碰撞,还考虑了网格变形的扭转效应,空间及边界效应,使得网格的变形能力大幅提高。第二种动网格技术为局部重构法,该方法能够有效的解决弹簧法不能解决的物体大幅值运动问题。本文将Delaunay三角化方法应用到运动网格的重构中,充分利用Delaunay三角化方法的快速生成效率及接近正三角形的性质,引入的加密边界作为“窗口”的方式提高了Delaunay三角化方法的布点能力,并编制了基于改进弹簧法的非结构动网格程序和改进局部重构法的动网格生成程序。 本文在ALE法的基础上建立了动网格技术与SIMPLE算法相结合的数值计算模型,给出了适合动网格技术的,满足几何守恒定律的数值离散方法及边界条件。动网格技术中网格信息传递方式的精度决定计算精度,本文采用双线性插值结合ENO方法计算待插点的流场信息参数,这种插值方法的计算精度达到二阶精度。利用FORTRAN语言编写了基于非结构动网格技术的数值计算程序,并研究了圆柱横向周期性振荡问题,经过与FLUENT软件的计算结果对比,结果表明本文编制的基于非结构运动网格技术的数值计算程序是可靠的,可用于开展相关运动物体流场的数值计算模拟。 本文利用所编制的程序开展了圆柱柔性变形及圆柱后缘柔性板变形的流场特性研究,研究发现物体的柔性变形能够改变原流场的结构,使得涡的脱落位置后移,圆柱后缘柔性板的应用还可以使涡的脱落变得不再规律。柔性变形物体的这一特性对于抑制涡激振动有着现实的意义。


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