發(fā)布時間：2017-05-05 08:04

  本文關鍵詞：復雜化學反應流場數(shù)值模擬的無網(wǎng)格方法及應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無網(wǎng)格方法由于其空間離散只依賴節(jié)點的點云,無需將節(jié)點互連構成網(wǎng)格,對于包含復雜幾何結構或運動剛體的流動問題具有傳統(tǒng)數(shù)值方法無法比擬的靈活性、優(yōu)越性。本文對復雜化學反應流場數(shù)值模擬的無網(wǎng)格方法及應用展開了研究。首先,通過對邊界節(jié)點權重設置、理想推進點位置及權重計算、最佳推進點選取準則等關鍵問題的研究,發(fā)展了一套帶權點填充布點方案,實現(xiàn)了復雜結構流場的均勻、非均勻布點,點云的構建則在布點過程中同步完成。布點試驗表明該方法布點效果理想,并且具有良好的健壯性,為后續(xù)化學反應流動的無網(wǎng)格數(shù)值模擬奠定了基礎。然后,采用二維多組分Euler方程進行流體動力學建模,在當?shù)攸c云離散的基礎上,應用最小二乘擬合逼近空間導數(shù),引入多組分HLLC(Harten-Lax-van Leer-Contact)格式和AUFS(Artificially Upstream Flux Vector Splitting)格式計算對流通量,并結合MUSCL方法對中心點和衛(wèi)星點間中點兩側的流動變量進行重構,以提高計算精度；對于化學反應計算中的剛性問題,利用二階精度的Strang分裂方法處理,其中流動方程運用四階Runge-Kutta法顯式推進,化學反應微分方程采用有限速率反應模型和隱式線性化方法求解,進而建立了一套非平衡化學反應流場數(shù)值模擬的無網(wǎng)格算法,并將其拓展到三維空間。通過激波誘導燃燒、斜劈誘導爆轟、胞格爆轟等標準算例,檢驗了算法的可行性、準確性。隨后針對包含運動剛體的流動問題,創(chuàng)建了待刪節(jié)點的判斷依據(jù),提出了重構空腔的快速確定方法,并調(diào)用帶權點填充方法對空腔進行布點,采用線性插值進行新舊節(jié)點流動參數(shù)的傳遞,實現(xiàn)了畸形點云的重構。進而基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)形式Euler方程,在前文研究的基礎上,建立了包含動邊界非平衡化學反應流動的無網(wǎng)格數(shù)值模擬算法。鑒于重構過程一定程度上增加了計算量,為了進一步擴大計算規(guī)模、提高計算效率,基于SPMD (Single-Program Multiple-Data)模型對上述算法進行了并行化處理,其消息傳遞采用MPI(Message Passing Interface)。通過對圓柱繞流和7.62mm機槍理想發(fā)射過程的模擬驗證了快速重構方法的有效性。最后,對復雜化學反應流動數(shù)值模擬的無網(wǎng)格算法在實際工程問題中的應用能力進行了檢驗。對不同錐角、飛行速度時,彈丸誘導爆轟波流場進行了數(shù)值模擬；對不含、含尾噴管時,脈沖爆轟發(fā)動機單循環(huán)過程內(nèi)外流場進行了數(shù)值計算;重點對12.7mm高射機槍膛口化學反應流場進行了數(shù)值研究,并分析了發(fā)射藥成分、膛口裝置、膛口壓力、大氣環(huán)境等對膛口焰的影響。
【關鍵詞】：無網(wǎng)格方法 非平衡化學反應流動 局部點云重構 并行計算 膛口焰
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ031
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 主要符號說明15-16
• 1 緒論16-25
• 1.1 研究背景及意義16-17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 無網(wǎng)格方法研究現(xiàn)狀17-22
• 1.2.2 非平衡化學反應流模擬研究現(xiàn)狀22-23
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容與工作23-25
• 2 流場布點與點云構建25-37
• 2.1 引言25
• 2.2 邊界推進及扇形填充布點25-27
• 2.3 非結構網(wǎng)格無網(wǎng)格化27-28
• 2.4 帶權點填充布點及點云構建28-36
• 2.4.1 數(shù)據(jù)結構28
• 2.4.2 填充布點過程28-33
• 2.4.3 布點示例33-36
• 2.5 小結36-37
• 3 化學反應流場的無網(wǎng)格數(shù)值模擬37-64
• 3.1 引言37
• 3.2 控制方程37-38
• 3.3 多組分熱完全氣體及熱力學關系38-39
• 3.4 化學反應模型39-41
• 3.5 數(shù)值方法41-52
• 3.5.1 空間離散41-47
• 3.5.2 時間離散47-48
• 3.5.3 源項處理48-50
• 3.5.4 初始條件與邊界條件50-52
• 3.5.5 加速處理52
• 3.6 驗證算例52-64
• 3.6.1 NACA0012翼型繞流52-55
• 3.6.2 鈍頭彈激波誘導燃燒55-58
• 3.6.3 斜劈誘導爆轟58-60
• 3.6.4 圓桿誘導燃燒60-62
• 3.6.5 氣相爆轟波流場62-64
• 4 含動邊界化學反應流場的無網(wǎng)格數(shù)值模擬64-84
• 4.1 引言64
• 4.2 動態(tài)點云方法64-73
• 4.2.1 局部點云重構方法64-70
• 4.2.2 局部點云重構處理流程70-71
• 4.2.3 簡單示例71-73
• 4.3 ALE形式控制方程73-74
• 4.4 數(shù)值方法74-76
• 4.4.1 空間離散74-75
• 4.4.2 時間離散75-76
• 4.4.3 初始條件與邊界條件76
• 4.5 并行策略76-80
• 4.5.1 并行計算概述76-77
• 4.5.2 分區(qū)方法77-80
• 4.5.3 并行效率80
• 4.6 驗證算例80-83
• 4.6.1 圓柱繞流流場80-81
• 4.6.2 7.62mm步槍理想發(fā)射過程81-83
• 4.7 小結83-84
• 5 三維化學反應流場的無網(wǎng)格數(shù)值模擬84-92
• 5.1 引言84
• 5.2 控制方程84
• 5.3 數(shù)值方法84-87
• 5.3.1 空間離散84-87
• 5.3.2 時間推進87
• 5.3.3 邊界條件87
• 5.4 驗證算例87-91
• 5.4.1 帶攻角高速飛行彈丸定常繞流87-89
• 5.4.2 斜劈誘導爆轟89-90
• 5.4.3 激波誘導燃燒90-91
• 5.5 小結91-92
• 6 化學反應流場無網(wǎng)格數(shù)值模擬的應用92-125
• 6.1 高速飛行彈丸誘導爆轟波數(shù)值模擬92-95
• 6.2 脈沖爆震發(fā)動機內(nèi)外流場數(shù)值模擬95-100
• 6.2.1 脈沖爆震發(fā)動機內(nèi)外流場數(shù)值模擬96-98
• 6.2.2 含尾噴管脈沖爆震發(fā)動機內(nèi)外流場數(shù)值模擬98-100
• 6.3 膛口化學反應流場數(shù)值模擬100-120
• 6.3.1 膛口流場概述100-102
• 6.3.2 膛口化學反應流場數(shù)值模擬102-109
• 6.3.3 膛口焰影響因素數(shù)值研究109-120
• 6.4 帶制退器三維膛口流場數(shù)值模擬120-125
• 7 結論125-127
• 7.1 本文主要研究成果125
• 7.2 本文主要創(chuàng)新點125-126
• 7.3 未來工作展望126-127
• 致謝127-128
• 參考文獻128-140
• 附錄140

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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  本文關鍵詞：復雜化學反應流場數(shù)值模擬的無網(wǎng)格方法及應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：345955