【摘要】：射流及繞流是流體力學研究的重要內(nèi)容之一,在工業(yè)領(lǐng)域涉及面廣、影響面大。氣體動理學格式可以應用于整個流域,是目前研究的熱點。本文運用氣體動理學格式研究了射流及繞流的適用性及流場特征。氣體動理學格式可以從宏觀和微觀兩個角度設(shè)置邊界條件,本文構(gòu)造了氣體動理學格式中的麥克斯韋壁面邊界條件、無反射邊界條件等邊界條件;同時基于氣體動理學格式數(shù)值模擬了Poiseuille流和Couette流,將得到的流場速度與定常解析解進行了對比,初步驗證了氣體動理學格式算法的準確性。本文構(gòu)造了適合模擬自由射流的物理模型,通過網(wǎng)格無關(guān)性驗證,選定合適的網(wǎng)格密度作為模型的計算網(wǎng)格;為了驗證氣體動理學格式在自由射流領(lǐng)域中的適用性,將氣體動理學格式與CFD,格子Boltzmann方法模擬結(jié)果進行了對比驗證,結(jié)果基本吻合;同時研究了馬赫數(shù)對射流流場的影響,隨著馬赫數(shù)的逐漸增大,速度向下游發(fā)展的距離越遠,在同一馬赫數(shù)下,隨著射流距離的增大,射流寬度也逐漸增大。運用氣體動理學格式數(shù)值模擬了小噴嘴間距對置撞擊流,將小噴嘴間距對置撞擊流的近似解析解與氣體動理學格式數(shù)值計算結(jié)果的對比,驗證了氣體動理學格式算法在此領(lǐng)域的適用性;同時研究了噴嘴間距、噴嘴速度及噴嘴氣速比對撞擊流軸向及徑向流場特征的影響。研究表明:隨著噴嘴間距的逐漸增大,撞擊面上的最大徑向速度不斷減小,徑向速度隨著徑向距離先增大后減小;噴嘴速度對無量綱徑向速度的發(fā)展基本無影響;兩噴嘴氣速比越小,駐點在撞擊面上的偏移量越大。運用氣體動理學格式對單平板繞流、前后平板繞流、上下平板繞流及三平板繞流進行了數(shù)值計算,得到不同雷諾數(shù)下平板繞流的渦量圖及渦線圖。對于單平板繞流,隨著雷諾數(shù)的逐漸增大,平板后的渦不斷被拉長,逐漸失去對稱性,形成渦的脫落;對于前后平板繞流,平板距離較小時沒有形成渦,當距離較大時會出現(xiàn)渦;對于上下平板繞流,當平板距離較小時相當于單平板繞流,當間距較大時在下游較遠處兩列渦逐漸開始合并;對于三個平板繞流,在上游來流不均勻時,平板繞流仍可以形成渦。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O35
【圖文】：

科 技 大 學 碩 士 學 位 需要給出恰當?shù)倪吔鐥l件，數(shù)值計算結(jié)果的精處理密切相關(guān)。流場信息的記錄和更新是通過件可以直接利用宏觀變量的邊界條件，如滑移壁速度入口，無反射邊界條件等；另一方面，氣體接計算宏觀量，所以可以直接利用分布函數(shù)設(shè)置，微觀出入口邊界條件等。本文使用虛擬網(wǎng)格技 為計算區(qū)域網(wǎng)格設(shè)置和虛擬網(wǎng)格示意圖，陰影區(qū)擬網(wǎng)格。坐標原點位于左下角虛擬網(wǎng)格處，水平向。

下一步在對應的邊界流回流場，可以保證流域內(nèi)粒子總數(shù)不變，保證質(zhì)量守恒。周期邊界示意圖如圖2-2 所示：計算域上下邊界為周期邊界時，粒子可以從上邊界流出下邊界流入，也可以從下邊界流出上邊界流入，分別如圖 2-2 中左右虛線所示。Poiseuille 流和 Couette流的上下平板均為無限大平板，需要利用周期性邊界條件構(gòu)造無限大空間，此外在自由射流的物理模型中也采用了周期性邊界條件。

圖 2-3 Poiseuille 流物理模型示意圖（2） 邊界處理及參數(shù)設(shè)置計算域尺寸取為 ≤ ≤ ， ≤ - ≤ 。采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)為 128×64。邊界條件：上下兩個平板為無滑移壁面邊界條件，左邊界為壓力進口邊界條件，入口壓力為 1.01，右邊界為壓力出口邊界條件，出口壓力為 1.0，各種邊界處理方式如上節(jié)所示。初始條件：對于整個流域 a ；ɡ 。（3） 結(jié)果分析Poiseuille 流的流向速度分布云圖如圖 2-4 所示。在圖 2-4 中可以看出：越靠近管道中心流向速度云圖顏色越深，即流向速度從管道邊界層到管道中心逐漸增加；流體的黏性作用從管道邊界層到管道中心的影響越來越小，故速度越來越大；在水平中心

【參考文獻】

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本文編號：2759120