本文關(guān)鍵詞：基于伴隨方程的網(wǎng)格自適應(yīng)及誤差修正技術(shù)研究　出處：《中國空氣動力研究與發(fā)展中心》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著計算機運算能力和編程語言的迅速發(fā)展,計算流體力學(xué)(CFD)發(fā)展成為航空航天飛行器氣動設(shè)計的重要方法之一,在流體力學(xué)基礎(chǔ)研究與航空航天飛行器設(shè)計及優(yōu)化過程中發(fā)揮著越來越重要的作用。飛行器設(shè)計對氣動特性的高精度計算要求很高,氣動特性的高精度計算主要取決于數(shù)值方法格式的精度與計算網(wǎng)格的分辨率。非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相比結(jié)構(gòu)網(wǎng)格具有較大的靈活性,沒有結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的節(jié)點之間相互對應(yīng)關(guān)系,可以更好的在流場的敏感區(qū)域進行優(yōu)化,提高網(wǎng)格的局部分辨率從而提高氣動特性的計算精度,在網(wǎng)格自適應(yīng)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。當(dāng)前,誤差估計技術(shù)得到了CFD工作者的很大關(guān)注,誤差估計技術(shù)可以對計算結(jié)果的誤差進行估計并修正,為進一步提高計算結(jié)果的精度提供了可能性。本文基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,離散伴隨理論和MFlow流場解算器,發(fā)展了一種適用于格心格式有限體積法的網(wǎng)格自適應(yīng)和誤差修正技術(shù),將對氣動力較為敏感的網(wǎng)格區(qū)域進行加密和優(yōu)化,并用誤差修正技術(shù)提高氣動力的計算精度。在內(nèi)容安排上,分為如下五個章節(jié):第一章為引言,介紹了基于伴隨方程的網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)和誤差估計技術(shù)的背景,以及國內(nèi)外學(xué)者在網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)與誤差修正技術(shù)方面的研究現(xiàn)狀,給出了本文的主要研究內(nèi)容。第二章為數(shù)值模擬方法,本文的氣動特性數(shù)值模擬,使用成熟的MFlow流場求解器,本章主要介紹了伴隨方程的構(gòu)建與求解方法,基于伴隨理論和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格給出了目標(biāo)函數(shù)的誤差估計技術(shù),以降低目標(biāo)函數(shù)的剩余誤差為自適應(yīng)與誤差修正的目標(biāo),構(gòu)建了綜合性自適應(yīng)參數(shù)。第三章為自適應(yīng)策略,研究得出了一種綜合性較好的粗網(wǎng)格剖分方法,基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格提出了一種適用于格心格式有限體積法的多項式插值方法,并與參考文獻中的插值方法做了詳細(xì)對比。以降低目標(biāo)函數(shù)誤差修正后的剩余誤差為目標(biāo),構(gòu)建了基于伴隨方程的網(wǎng)格自適應(yīng)判據(jù)。研究了自適應(yīng)后網(wǎng)格的優(yōu)化方法,包括空間網(wǎng)格光滑方法以及物面網(wǎng)格投影方法等,探索了基于伴隨方程的網(wǎng)格自適應(yīng)及誤差修正的流程。第四章為算例驗證與分析,本章對ONERA-M6機翼與NACA0012翼型不同狀態(tài)下的繞流進行了自適應(yīng)數(shù)值模擬,并對升、阻力等目標(biāo)函數(shù)進行了誤差修正。對基于伴隨方程的網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)和基于流場特征的網(wǎng)格自適應(yīng)方法進行了算例對比,給出了兩種自適應(yīng)方法各自的特征。對算例做了深刻的總結(jié)與分析,研究了基于伴隨方程的網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)的加密特點以及對目標(biāo)函數(shù)的影響,分析了物面網(wǎng)格投影方法對自適應(yīng)過程造成的影響,并對普通CFD工程應(yīng)用中的網(wǎng)格生成提出了建議。第五章為總結(jié)與展望,回顧了論文的研究工作,指出了現(xiàn)有工作所存在的不足,展望了今后的研究方向。
[Abstract]:With the rapid development of computer computing ability and programming language, computational fluid dynamics (CFD) has become one of the most important methods for aeronautical and astronautical aircraft aerodynamic design. It plays a more and more important role in the basic research of hydrodynamics and the design and optimization of aeronautical and spaceflight vehicles. The design of aircraft requires high precision calculation of aerodynamic characteristics. The high accuracy calculation of aerodynamic characteristics mainly depends on the accuracy of numerical method and the resolution of computational meshes. Unstructured meshes are more flexible than structural meshes. The nodes without structural meshes can be optimized in the sensitive region of the flow field, and the local resolution of the mesh can be improved, and the computational accuracy of aerodynamic characteristics can be improved. At present, the error estimation technology has been paid great attention by the CFD workers, and the error estimation technology can estimate and correct the error of the calculation results. This paper is based on unstructured meshes, discrete adjoint theory and MFlow flow field solver. In this paper, a mesh adaptive and error correction technique is developed, which is suitable for the finite volume method of lattice center format, which encrypts and optimizes the more sensitive grid area. In the content arrangement, it is divided into the following five chapters: the first chapter is the introduction, which introduces the background of adaptive mesh technology and error estimation technology based on adjoint equation. As well as the domestic and foreign scholars in the grid adaptive technology and error correction technology, the main research content is given. Chapter two is numerical simulation method, the aerodynamic characteristics of this paper numerical simulation. Using the mature MFlow flow field solver, this chapter mainly introduces the construction and solution of the adjoint equation, and gives the error estimation technique of the objective function based on adjoint theory and unstructured grid. In order to reduce the residual error of the objective function as the target of adaptive and error correction, the comprehensive adaptive parameters are constructed. Chapter 3 is the adaptive strategy, and a comprehensive and better rough mesh generation method is proposed. Based on unstructured meshes, a polynomial interpolation method is proposed, which is suitable for the finite volume method of lattice center format. And compared with the interpolation method in the reference, the goal is to reduce the residual error after the error correction of the objective function. The adaptive criterion of mesh based on adjoint equation is constructed, and the optimization methods of adaptive post-grid are studied, including spatial mesh smoothing method and object surface mesh projection method. The flow of adaptive mesh and error correction based on adjoint equation is explored. Chapter 4th is an example for verification and analysis. In this chapter, the adaptive numerical simulation of the flow around the ONERA-M6 wing and the NACA0012 airfoil in different states is carried out, and the lift is obtained. The error correction of the objective function such as resistance is carried out. The mesh adaptive technique based on adjoint equation and the mesh adaptive method based on flow field characteristics are compared. The characteristics of the two adaptive methods are given. The examples are summarized and analyzed, and the encryption characteristics of the adaptive mesh technology based on the adjoint equation and the effect on the objective function are studied. The effect of object surface mesh projection method on adaptive process is analyzed, and suggestions for mesh generation in general CFD engineering applications are put forward. Chapter 5th is a summary and prospect, and the research work of this paper is reviewed. The shortcomings of the existing work are pointed out, and the future research direction is prospected.
【學(xué)位授予單位】：中國空氣動力研究與發(fā)展中心
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V211.3

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本文編號：1386040