水滴在運動過程中的變形現(xiàn)象一直是流體力學多相流領域與飛機結冰領域所關心的關鍵問題之一,對水滴運動過程進行理論計算與實驗研究具有十分深遠的意義。本文使用基于level set方法的水氣大密度比多介質模擬方法對水滴的運動進行了數(shù)值研究,并在風洞中對水滴相對機翼運動的過程開展了實驗。本文的主要內容如下:首先論述了水滴運動變形問題的研究背景,概述了過冷大水滴條件下飛機結冰過程的特殊性與大密度比條件下水氣多介質運動問題研究的復雜性。第二章介紹了對流體界面進行捕捉的level set方法及保證level set函數(shù)為符號距離的重新初始化方法,在給出了具體的離散方法后對幾種典型的界面運動問題進行了模擬。第三章建立了基于level set方法的水氣大密度比多介質問題數(shù)值模擬方法,通過在水氣界面引入一定寬度的物性光滑帶,消除了由于水氣物性差異較大所造成的非物理震蕩,使用變密度投影算法對兩相流場進行統(tǒng)一求解,把表面張力耦合進了流場的求解中,并通過引入水滴計算域與機翼計算域的概念,將此種多介質處理方法發(fā)展應用于了水滴相對機翼運動的過程中。第四章開展了水滴相對機翼運動的實驗研究,使用高速攝影系統(tǒng)對風洞中單顆水... 

【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

t=0時刻界面位置

圖 2.2 t=0.2 時刻界面位置速度場不會使需要捕捉的界面發(fā)生形狀上的改變，但在實的速度分布，如剪切、破碎、拉伸等，這些復雜的速度分變化。為了驗證本文所采用的 level set 方法對真實流場中，進行了剪切速度場情況下的計算。置如圖 2.3 所示，計算域為 0, 0, ，計算網格數(shù)為2矩形所包圍的區(qū)域為3 7 9, ,10 10 20 20 ，x和 y 方向的定為正向的，'t t時速度場給定負向，由此形成一個剪切

水滴運動變形特性的數(shù)值與實驗研究 , sin cos, cos sinu x y x yv x y x y 時刻的變形應為最大，在t 2t 時刻界面應恢復到本文所采用的重新初始化方法的正確性，本例對使別進行了計算。t 8與t 16時刻不使用重新初始 所示，可以看出在t 16時刻，界面的整體位置雖形的右下角位置與初始時刻相比還存在一定的偏差算所得的結果如圖 2.5 與圖 2.7 所示，可以看出在t ，與無重新初始化的計算結果相比整體還原較好，，使對界面的捕捉更加準確。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]飛機結冰數(shù)值計算與冰風洞部件設計研究[D]. 孫志國.南京航空航天大學 2012

碩士論文
[1]機翼結冰粗糙度及對流換熱研究[D]. 嚴曉雪.南京航空航天大學 2016
[2]機翼結冰數(shù)值計算與結冰模型研究[D]. 付斌.南京航空航天大學 2011



本文編號：3342944