本文關(guān)鍵詞：基于混合笛卡爾網(wǎng)格方法的非定常流動(dòng)問(wèn)題研究

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【摘要】：混合笛卡爾網(wǎng)格方法在近物面區(qū)域使用貼體形式的結(jié)構(gòu)/非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,在外部計(jì)算區(qū)域自動(dòng)填充笛卡爾網(wǎng)格,將笛卡爾網(wǎng)格方法中物面邊界難以處理的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為不同網(wǎng)格系統(tǒng)之間的信息傳遞。該方法綜合了貼體結(jié)構(gòu)/非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與笛卡爾網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn),在處理含有復(fù)雜幾何外形、復(fù)雜流動(dòng)特征以及非定常流動(dòng)現(xiàn)象的問(wèn)題中具有廣闊的應(yīng)用前景。使用混合笛卡爾網(wǎng)格方法進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值模擬的難點(diǎn)在于混合網(wǎng)格的生成方法與裝配方式,現(xiàn)有的混合網(wǎng)格類方法已經(jīng)能夠成功地模擬各類定常流動(dòng)問(wèn)題,但在非定常流動(dòng)問(wèn)題的模擬中仍需要進(jìn)一步的研究。本文致力于發(fā)展準(zhǔn)確、高效的混合笛卡爾網(wǎng)格快速生成與裝配方法,發(fā)展可用于復(fù)雜流動(dòng)問(wèn)題的全速域流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法。首先,開展了混合自適應(yīng)笛卡爾網(wǎng)格生成與算法研究。通過(guò)對(duì)洞映射方法、割補(bǔ)法的研究,建立了一種新穎的“逆向”方式混合笛卡爾網(wǎng)格生成技術(shù),同時(shí)采用“貢獻(xiàn)單元”方法進(jìn)行網(wǎng)格交接面的信息傳遞�；诟咝У腁lternating digital tree(ADT)搜索算法對(duì)上述兩步過(guò)程進(jìn)行了加速處理,并發(fā)展了一種改進(jìn)的壁面距離計(jì)算方法。在混合笛卡爾網(wǎng)格框架下,結(jié)合網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)與低速預(yù)處理算法,發(fā)展了全速域有限體積雷諾平均Navier-Stokes(RANS)方程的求解技術(shù)。通過(guò)網(wǎng)格生成實(shí)例和典型定常粘性流動(dòng)問(wèn)題的研究,驗(yàn)證了混合笛卡爾網(wǎng)格生成技術(shù)及流場(chǎng)求解算法的魯棒性和高效性。其次,開展了包含復(fù)雜非定常流動(dòng)現(xiàn)象的固定邊界繞流問(wèn)題研究。結(jié)合動(dòng)態(tài)自適應(yīng)網(wǎng)格加密技術(shù)、雙時(shí)間步LU-SGS隱式時(shí)間推進(jìn)與非定常預(yù)處理方法,發(fā)展了非定�；旌系芽柧W(wǎng)格方法。針對(duì)三維高雷諾數(shù)大分離流動(dòng),開展了基于SST k-ω湍流模型的DES技術(shù)研究。非定常數(shù)值模擬過(guò)程中,保持近壁面的貼體網(wǎng)格不變,使用網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)根據(jù)流場(chǎng)特征調(diào)整外圍笛卡爾網(wǎng)格尺度,精確地捕捉非定常復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象。通過(guò)低速大迎角三角翼繞流與大迎角橢球繞流的數(shù)值算例研究,表明了耦合DES技術(shù)的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)混合笛卡爾網(wǎng)格非定常方法實(shí)現(xiàn)了大分離非定常旋渦主導(dǎo)流動(dòng)的準(zhǔn)確模擬。最后,開展了含運(yùn)動(dòng)邊界問(wèn)題的非定常混合笛卡爾網(wǎng)格方法研究。主要提出了基于交接面距離的背景笛卡爾網(wǎng)格動(dòng)態(tài)調(diào)整與更新技術(shù),將定常方法中的“貢獻(xiàn)單元”信息傳遞方式拓展至二維非定常運(yùn)動(dòng)邊界問(wèn)題。通過(guò)對(duì)圓柱旋轉(zhuǎn)繞流、翼型小幅度振蕩與大迎角動(dòng)態(tài)失速,以及翼型沉浮問(wèn)題的數(shù)值模擬研究,驗(yàn)證所發(fā)展的處理方式是準(zhǔn)確有效的。耦合剛體運(yùn)動(dòng)方程,將該算法應(yīng)用于多體大位移運(yùn)動(dòng)邊界流場(chǎng),研究了外掛物體投放問(wèn)題。在二維工作的基礎(chǔ)上初步探索了三維運(yùn)動(dòng)邊界問(wèn)題的求解,通過(guò)Caradonna-Tung旋翼的懸停算例驗(yàn)證了混合笛卡爾網(wǎng)格方法在處理三維運(yùn)動(dòng)邊界問(wèn)題中的有效性。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O35

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