任何流動(dòng)模擬的預(yù)測(cè)結(jié)果都依賴于所代表物理模型的準(zhǔn)度以及求解相關(guān)方程的數(shù)值方法的精度。本文牢牢抓住高精度數(shù)值方法和先進(jìn)湍流模型兩方面,針對(duì)亞/跨聲速條件下的分離流動(dòng)問題開展了CFD應(yīng)用研究。整體建立起了基于高精度WCNS系列格式、涵蓋一階矩和二階矩湍流模式的混合RANS/LES方法體系。本文一方面致力于高精度數(shù)值方法的研究�？偨Y(jié)和發(fā)展了精度測(cè)試方法和計(jì)算花費(fèi)評(píng)價(jià)方式,并通過標(biāo)準(zhǔn)算例證明了WCNS系列格式在模擬渦流動(dòng)方面的效率優(yōu)勢(shì)。同時(shí)對(duì)湍流模型,尤其七方程雷諾應(yīng)力模型,開展了高精度離散研究。實(shí)現(xiàn)了湍流方程與RANS方程保持一致高階的穩(wěn)定求解,并通過算例證實(shí)了其意義。另一方面,針對(duì)先進(jìn)湍流模型開展了應(yīng)用研究。尤其對(duì)混合RANS/LES方法依賴的基礎(chǔ)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行了推導(dǎo)和研究,指出了工程中使用的混合方法能夠取得成功的原因及其與LES方法的差距。同時(shí),建立了涵蓋一階矩和二階矩形式的混合RANS/LES方法框架。然后基于該框架,并通過標(biāo)準(zhǔn)算例,對(duì)諸如DES、SAS等不同類型的尺度求解方法進(jìn)行了對(duì)比研究。開展了結(jié)合γ-Re_θ轉(zhuǎn)捩模型的高精度DES方法應(yīng)用研究,在單圓柱和圓柱-... 

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【文章頁(yè)數(shù)】：183 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 湍流模型研究現(xiàn)狀
        1.2.1 RANS模型研究現(xiàn)狀
        1.2.2 混合RANS/LES方法研究現(xiàn)狀
    1.3 高精度有限差分格式研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容
第二章 控制方程及高精度數(shù)值方法
    2.1 控制方程
        2.1.1 笛卡爾坐標(biāo)系下的NS方程
        2.1.2 笛卡爾坐標(biāo)系下NS方程的無(wú)量綱化
    2.2 坐標(biāo)變換
        2.2.1 坐標(biāo)變換
        2.2.2 SCMM方法介紹
    2.3 空間離散格式
        2.3.1 WCNS-E6E5 格式
        2.3.2 WCNS-E8T7 格式
        2.3.3 粘性通量離散
    2.4 時(shí)間推進(jìn)方法
        2.4.1 LU-SGS隱式時(shí)間推進(jìn)
        2.4.2 非定常雙時(shí)間步法
    2.5 邊界條件
        2.5.1 物面邊界條件
        2.5.2 遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件
        2.5.3 對(duì)稱面邊界條件
    2.6 色散耗散分析
        2.6.1 線性格式傅立葉分析
        2.6.2 非線性格式的近似色散關(guān)系對(duì)比
    2.7 本章小結(jié)
第三章 高精度WCNS格式的驗(yàn)證與確認(rèn)
    3.1 高精度方法驗(yàn)證與確認(rèn)進(jìn)展
        3.1.1 歐盟的ADIGMA項(xiàng)目
        3.1.2 高精度CFD方法國(guó)際研討會(huì)
    3.2 驗(yàn)證方法
        3.2.1 有精確解算例的驗(yàn)證方法
        3.2.2 無(wú)精確解算例的網(wǎng)格收斂性分析方法
        3.2.3 計(jì)算花費(fèi)統(tǒng)計(jì)方法
    3.3 標(biāo)準(zhǔn)算例驗(yàn)證結(jié)果
        3.3.1 二維光滑凸起流動(dòng)
        3.3.2 二維渦輸運(yùn)
        3.3.3 二維平板層流邊界層
        3.3.4 三維層流三角翼
    3.4 本章小結(jié)
第四章 高精度離散SST模型對(duì)比研究
    4.1 可壓縮RANS方程
    4.2 SST模型高精度離散研究
        4.2.1 SST模型
        4.2.2 曲線坐標(biāo)系下無(wú)量綱SST方程
        4.2.3 SST模型數(shù)值求解
        4.2.4 SST模型壁面邊界處理
        4.2.5 SST模型方程高精度離散驗(yàn)證
    4.3 高精度SST-DES方法對(duì)比研究
        4.3.1 DES類方法
        4.3.2 NACA0021 翼型60 度大迎角分離模擬
    4.4 本章小結(jié)
第五章 混合RANS/LES方法對(duì)比研究
    5.1 混合RANS/LES方法框架
        5.1.1 RANS方法到LES方法的過渡
        5.1.2 混合RANS/LES方法控制方程
        5.1.3 系綜平均和濾波運(yùn)算
        5.1.4 雷諾平均脈動(dòng)量和亞格子脈動(dòng)量
    5.2 混合RANS/LES框架的�；c求解
        5.2.1 一階矩混合RANS/LES模型
        5.2.2 二階矩混合RANS/LES模型
        5.2.3 過渡函數(shù)
        5.2.4 混合RANS/LES方程的簡(jiǎn)化
    5.3 不同尺度求解方法之間的聯(lián)系與差異
        5.3.1 DES方法對(duì)比湍流量混合方法
        5.3.2 SAS方法對(duì)比DES方法
    5.4 不同尺度求解方法在高精度格式下的模擬能力對(duì)比
        5.4.1 不同尺度求解方法對(duì)NACA0021 翼型的模擬
        5.4.2 不同尺度求解方法對(duì)塔形凸起物的模擬
    5.5 本章小結(jié)
第六章 基于轉(zhuǎn)捩模型的高精度分離流動(dòng)模擬
    6.1 γ-Re_θ轉(zhuǎn)捩模型
        6.1.1 γ-Re_θ輸運(yùn)方程
        6.1.2 γ-Re_θ轉(zhuǎn)捩模型和SST模型的耦合
        6.1.3 壁面邊界條件
    6.2 γ-Re_θ轉(zhuǎn)捩模型的標(biāo)定
        6.2.1 經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)函數(shù)的標(biāo)定
        6.2.2 T3 系列平板算例網(wǎng)格收斂性分析
    6.3 高精度轉(zhuǎn)捩模型在低速定常問題中的應(yīng)用
        6.3.1 S809 翼型
        6.3.2 30 P-30N三段翼型
        6.3.3 低速鈍前緣三角翼
    6.4 高精度轉(zhuǎn)捩DES方法在非定常轉(zhuǎn)捩/分離中的應(yīng)用
        6.4.1 基于γ-Reθ模型的高精度Tran-DDES方法
        6.4.2 單圓柱轉(zhuǎn)捩分離
        6.4.3 圓柱-翼型干擾流動(dòng)
    6.5 橫流效應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)捩的影響
        6.5.1 基于γ-Re_θ轉(zhuǎn)捩模型的靜止橫流轉(zhuǎn)捩修正
        6.5.2 NLF(2)-0415 后掠機(jī)翼
        6.5.3 6 :1 標(biāo)準(zhǔn)橢球體
    6.6 本章小結(jié)
第七章 基于雷諾應(yīng)力模型的高精度分離流動(dòng)模擬
    7.1 SSG/LRR-ω模型
        7.1.1 雷諾應(yīng)力輸運(yùn)方程
        7.1.2 比耗散方程
        7.1.3 對(duì)雷諾應(yīng)力方程的離散方法
        7.1.4 高精度離散下雷諾應(yīng)力模型驗(yàn)證
    7.2 高精度SSG/LRR-ω模型在定常分離流動(dòng)中的應(yīng)用
        7.2.1 NASA CW-22 跨聲速渦輪葉片
        7.2.2 NASA CRM翼身組合構(gòu)型
        7.2.3 NACA0012 半展長(zhǎng)機(jī)翼翼梢渦
    7.3 高精度SSG/LRR-DES類方法在非定常分離流動(dòng)中的應(yīng)用
        7.3.1 SSG/LRR-DES類方法
        7.3.2 NACA0012 翼型大迎角氣動(dòng)特性模擬
        7.3.3 鈍前緣三角翼渦破裂模擬
    7.4 基于SSG/LRR-ω模型的不同尺度求解方法對(duì)比
        7.4.1 基于RSM的不同尺度求解方法對(duì)塔形凸起物的模擬
    7.5 本章小結(jié)
第八章 總結(jié)與展望
    8.1 本文主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)
    8.2 存在的問題及工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果
附錄 A 自由衰減均勻各向同性湍流
    A.1 算例簡(jiǎn)介
    A.2 傅立葉變換及初場(chǎng)的生成
        A.2.1 傅立葉逆變換
        A.2.2 初場(chǎng)的生成
        A.2.3 傅立葉變換及快速傅立葉變換
    A.3 數(shù)值格式的選擇
    A.4 湍流模型耗散參數(shù)的標(biāo)定
        A.4.1 SST-DES模型耗散參數(shù)標(biāo)定
        A.4.2 SSG/LRR-DES模型耗散參數(shù)標(biāo)定


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]CFD技術(shù)在航空工程領(lǐng)域的應(yīng)用、挑戰(zhàn)與發(fā)展[J]. 周鑄,黃江濤,黃勇,劉剛,陳作斌,王運(yùn)濤,江雄.  航空學(xué)報(bào). 2017(03)
[2]雷諾應(yīng)力模型的初步應(yīng)用[J]. 董義道,王東方,王光學(xué),鄧小剛.  國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(04)
[3]應(yīng)用加權(quán)緊致非線性格式的VFE-2鈍前緣三角翼轉(zhuǎn)捩模擬[J]. 王光學(xué),王圣業(yè),王東方,鄧小剛.  國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(04)
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[9]γ-Reθ轉(zhuǎn)捩模型在二維低速問題中的應(yīng)用[J]. 孟德虹,張玉倫,王光學(xué),王運(yùn)濤.  航空學(xué)報(bào). 2011(05)
[10]湍流轉(zhuǎn)捩模式研究進(jìn)展[J]. 符松,王亮.  力學(xué)進(jìn)展. 2007(03)

博士論文
[1]RANS/LES嵌入耦合方法研究[D]. 李釗.清華大學(xué) 2015
[2]不可壓縮湍流大渦模擬研究[D]. 鄧小兵.中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 2008



本文編號(hào)：3174190