本文關(guān)鍵詞：基于自適應(yīng)直角坐標網(wǎng)格的重疊網(wǎng)格方法研究

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【摘要】：多體分離是航空航天中普遍存在的一類問題,如戰(zhàn)斗機內(nèi)埋式武器投放、火箭助推級分離、人椅彈射系統(tǒng)等。在該類問題繞流中,存在相對運動的物體之間的復(fù)雜非定常流場會造成強大的氣動干擾,這種氣動干擾往往是不利的,嚴重時甚至?xí){到飛行器的飛行安全。過去,研究此類問題的主要手段是飛行試驗和風(fēng)洞實驗,然而它們存在著風(fēng)險大、成本高、周期長等弊端。近年來,計算流體力學(xué)的迅猛發(fā)展使得其在處理此類問題中得到了廣泛的應(yīng)用。動態(tài)重疊網(wǎng)格技術(shù)在研究此類問題時無需網(wǎng)格再生,并能很好的保證網(wǎng)格質(zhì)量,非常適合于處理具有大幅相對運動的復(fù)雜非定常繞流問題。結(jié)構(gòu)重疊網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)重疊網(wǎng)格都可以準確地對流場進行數(shù)值模擬,但為了避免重疊網(wǎng)格插值帶來的數(shù)值耗散,需要調(diào)整邊界處的網(wǎng)格尺度,使多套子網(wǎng)格在重疊網(wǎng)格邊界處的網(wǎng)格尺度基本保持一致。受限于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點,保證重疊網(wǎng)格邊界處的網(wǎng)格尺度一致性往往是以增加網(wǎng)格數(shù)量為代價的,這對計算機資源提出了更高的要求,同時也降低了數(shù)值計算的效率。為此,本文發(fā)展了一種基于自適應(yīng)直角坐標網(wǎng)格的混合重疊網(wǎng)格方法,并開發(fā)了相應(yīng)的動態(tài)混合重疊網(wǎng)格求解程序。在這種方法中,直角坐標網(wǎng)格可以基于洞邊界進行自適應(yīng)加密和稀疏,在保證重疊網(wǎng)格邊界處網(wǎng)格尺度一致性的前提下降低了計算網(wǎng)格數(shù)量,提高了計算效率。本文首先對數(shù)值計算方法進行了介紹,采用了混合網(wǎng)格求解器,即內(nèi)部貼體網(wǎng)格采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格求解器,背景網(wǎng)格采用自適應(yīng)直角坐標網(wǎng)格求解器,流動控制方程采用定常/非定常Euler/N-S方程,運用有限體積方法對控制方程進行空間離散,采用Jameson中心格式計算對流通量,定常時間離散采用四步Runge-Kutta迭代,非定常時間離散方法為顯式雙時間步長法,湍流模型選用S-A模型;其次,對混合重疊網(wǎng)格的裝配方法進行了深入研究,采用了非結(jié)構(gòu)重疊網(wǎng)格中的網(wǎng)格間邊界定義方法,在搜索宿主單元時,采用了高效的相鄰單元搜索算法;最后,發(fā)展了一種基于自適應(yīng)直角坐標網(wǎng)格的動態(tài)混合重疊網(wǎng)格方法,通過標準算例對該方法的正確性進行了驗證,并開展了一系列的數(shù)值算例研究,結(jié)果表明該方法對于模擬多體分離問題是極其高效和有效的。
【關(guān)鍵詞】：計算流體力學(xué) 多體分離 非定常流動 重疊網(wǎng)格 自適應(yīng)直角坐標網(wǎng)格
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V211.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注釋表11-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 研究背景及意義13-14
• 1.2 動態(tài)網(wǎng)格技術(shù)14-16
• 1.2.1 網(wǎng)格變形技術(shù)14-15
• 1.2.2 網(wǎng)格再生技術(shù)15
• 1.2.3 重疊網(wǎng)格技術(shù)15-16
• 1.3 基于自適應(yīng)直角坐標網(wǎng)格的重疊網(wǎng)格研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文的主要工作與特色17-18
• 1.4.1 本文主要工作17-18
• 1.4.2 本文特色18
• 1.5 本文內(nèi)容安排18-20
• 第二章 流場數(shù)值計算方法20-39
• 2.1 引言20
• 2.2 控制方程20-22
• 2.3 空間離散22-26
• 2.3.1 有限體積方法22-24
• 2.3.2 JAMESON中心格式24-25
• 2.3.3 粘性通量項25-26
• 2.4 邊界條件26-30
• 2.4.1 物面邊界條件27-28
• 2.4.2 遠場邊界條件28-30
• 2.5 時間離散方法30-34
• 2.5.1 定常時間離散方法31-32
• 2.5.2 非定常時間離散方法32-34
• 2.6 湍流模型34-35
• 2.7 數(shù)值算例驗證35-38
• 2.7.1 基于自適應(yīng)直角坐標網(wǎng)格的方塊無粘繞流36-37
• 2.7.2 NACA0012 翼型粘性繞流37
• 2.7.3 RAE2822 翼型粘性繞流37-38
• 2.8 本章小結(jié)38-39
• 第三章 基于自適應(yīng)直角坐標網(wǎng)格的混合重疊網(wǎng)格方法39-59
• 3.1 引言39
• 3.2 重疊網(wǎng)格間邊界定義39-43
• 3.2.1 網(wǎng)格單元分類方法40
• 3.2.2 網(wǎng)格單元物面距40-41
• 3.2.3 混合重疊網(wǎng)格間邊界定義41-43
• 3.3 宿主單元搜索方法43-46
• 3.4 自適應(yīng)直角坐標背景網(wǎng)格生成方法46-50
• 3.4.1 初始直角坐標網(wǎng)格的生成46-47
• 3.4.2 直角坐標網(wǎng)格的自適應(yīng)加密及稀疏47-49
• 3.4.3 網(wǎng)格光順49-50
• 3.4.4 網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換50
• 3.5 重疊網(wǎng)格間信息插值50-54
• 3.5.1 插值邊界的構(gòu)造51-53
• 3.5.2 雙線性插值方法53-54
• 3.6 數(shù)值驗證54-58
• 3.6.1 重疊網(wǎng)格裝配測試54-55
• 3.6.2 RAE2822 翼型定常粘性繞流55-57
• 3.6.3 三圓球定常粘性繞流57-58
• 3.7 本章小結(jié)58-59
• 第四章 動態(tài)混合重疊網(wǎng)格方法及其在動邊界非定常數(shù)值模擬中的應(yīng)用研究59-78
• 4.1 引言59
• 4.2 剛體三自由度運動方程與動網(wǎng)格N-S方程耦合59-61
• 4.2.1 剛體三自由度運動方程59-60
• 4.2.2 動網(wǎng)格N-S方程60-61
• 4.3 動態(tài)混合重疊網(wǎng)格方法61-62
• 4.4 振蕩翼型非定常數(shù)值模擬62-66
• 4.5 動態(tài)混合重疊網(wǎng)格在多體分離問題中的應(yīng)用研究66-77
• 4.5.1 二維外掛物投放數(shù)值模擬66-71
• 4.5.2 內(nèi)埋式動能球分離數(shù)值模擬71-77
• 4.6 本章小結(jié)77-78
• 第五章 總結(jié)與展望78-80
• 5.1 全文總結(jié)78-79
• 5.2 今后工作展望79-80
• 參考文獻80-84
• 致謝84-85
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文85

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1 郭e，

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