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同位网格有限体积数值方法在水力学计算中的应用及研究

李宇  
【摘要】:随着计算机工业日新月异的发展,数值计算方法及其在水力学 计算中的应用也得到飞速的发展。同位网格有限体积数值方法作为 一种新兴的、先进的数值方法近年来己被大量应用于航空航天、能 源等领域的计算中,遗憾的是,在水力学及河流动力学领域中应用 的相关研究文献很少看到。本文在将同位网格有限体积方法应用于 水力学数值计算中,进行了以下工作: 首先,回顾与评述了网格生成技术和同位网格技术的研究进 展,详细描述了同位网格中引入压力与速度耦合关系的SIMPLE方法 及非正交曲线坐标系中同位网格的实施方法。 建立了二维不可压缩恒定流体的通用方程,并推导了离散化方 程,方程求解采用交替方向线迭代法(ADI),对各类变量进行亚松 驰处理。 在S.V Patanker求解二维定常椭圆型方程的SIMPLE程序的基础 上,加进同位网格的内容,编制了层流、紊流计算程序,用(1)平 行平板层流;(2)后台阶层流:(3)正方形方腔层流自然对流三 种典型流动状态检验了层流同位网格SIMPLE计算程序,结果显示与 一般规律及理论解吻合甚好。 最后,应用同位网格SIMPLE紊流计算程序对平行平板k-ε紊流 模型进行了数值模拟,获得的流速分布、紊动能K、耗散率ε及壁面 压强分布规律同实际规律符合很好,预测的结果令人满意。


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