本文關(guān)鍵詞：超音速流場(chǎng)中多波系干擾結(jié)構(gòu)識(shí)別方法與應(yīng)用研究　出處：《清華大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：超聲速尤其高超聲速飛行器流場(chǎng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。典型的流動(dòng)結(jié)構(gòu)包括激波、膨脹波、剪切層、渦。這些流場(chǎng)結(jié)構(gòu)之間發(fā)生相互干擾,產(chǎn)生新的次生結(jié)構(gòu),例如激波反射、激波干擾、激波附面層干擾等導(dǎo)致新的結(jié)構(gòu),使得流場(chǎng)進(jìn)一步復(fù)雜化。這些結(jié)構(gòu)對(duì)飛行器會(huì)產(chǎn)生各種正面及負(fù)面作用。本文針對(duì)超聲速流場(chǎng)中的激波、膨脹波、剪切層這些典型波系結(jié)構(gòu)及其干擾,基于這些結(jié)構(gòu)所滿足的物理規(guī)律,給出了從結(jié)果中自動(dòng)識(shí)別提取這些結(jié)構(gòu)的算法以及典型波系結(jié)構(gòu)滿足的基本關(guān)系,尤其改進(jìn)了激波識(shí)別算法。并在此基礎(chǔ)上,建立了用于CFD計(jì)算結(jié)果后處理的結(jié)構(gòu)識(shí)別平臺(tái)。本文發(fā)展的結(jié)構(gòu)識(shí)別平臺(tái)的作用包括:1)能讀取常用的CFD計(jì)算結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)格式文件;2)展示云圖、等值面、切面、流線、矢量圖等傳統(tǒng)圖形;3)自動(dòng)提取激波面、線,提取膨脹波區(qū)域,提取剪切層區(qū)域;4)對(duì)各種提取的結(jié)構(gòu)進(jìn)行圖形展示,并提取前后參數(shù);5)對(duì)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值紋影展示。本研究減小了傳統(tǒng)方法存在的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)誤識(shí)別、漏識(shí)別或無(wú)法識(shí)別等困難。所得到方法用在基礎(chǔ)研究中,有利于正確研究干擾結(jié)構(gòu)等機(jī)理問(wèn)題。在工程應(yīng)用中,有利于判斷波系結(jié)構(gòu)的位置和強(qiáng)度,對(duì)于有利結(jié)構(gòu)加以利用,不利結(jié)構(gòu)加以控制。在采用CFD等獲取流場(chǎng)時(shí),準(zhǔn)確識(shí)別結(jié)構(gòu)還可以為在局部選用更精密的網(wǎng)格和物理模型提供指導(dǎo)。作為應(yīng)用,將結(jié)構(gòu)識(shí)別方法用于吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)超聲速進(jìn)氣道的波系結(jié)構(gòu)識(shí)別,也用在某特定升力構(gòu)型流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析中。在這些應(yīng)用中,分析了一些復(fù)雜的激波干擾現(xiàn)象。本文針對(duì)復(fù)雜外形與復(fù)雜波系結(jié)構(gòu)流場(chǎng)得到的結(jié)構(gòu)識(shí)別平臺(tái),具有結(jié)構(gòu)識(shí)別簡(jiǎn)單、流場(chǎng)結(jié)構(gòu)展示直觀、可處理各種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式和各種網(wǎng)格類型與外形等實(shí)用特征,大大降低了復(fù)雜流場(chǎng)的機(jī)理分析難度和處理工程問(wèn)題的難度。
[Abstract]:The flow field structure of supersonic especially hypersonic vehicle is very complex. A typical flow structure consists of shock waves, expansion waves, shear layers, and vortices. These flow fields interact with each other, resulting in new secondary structures, such as shock wave reflection, shock wave interference, shock wave boundary layer interference, and so on, leading to new structure, which makes the flow field more complex. These structures have a variety of positive and negative effects on the aircraft. In this paper, aiming at the shock wave in supersonic flow of the expansion wave, the shear layer of these typical wave structure and interference, the laws of physics to meet these structure based on the automatic recognition algorithm of extraction of these structures from the results and the basic relationship between the typical wave structure meet the given improved recognition algorithm, especially the shock. On the basis of this, a structure recognition platform for the post processing of CFD calculation results is set up. Including the structure recognition platform: 1) to read the common CFD results of the standard format; 2) display images, isosurface, view, streamline and vector diagram of the traditional graph; 3) automatically extract the shock surface, line extraction, expansion wave region, extraction of shear layer region; 4) on the structure all kinds of extracted graphics display, and extract the parameters before and after 5); the results are numerical schlieren display. This study reduces the difficulties of error identification, leakage identification, or identification of the flow structure in the traditional method. The method used in the basic research is beneficial to the correct study of the mechanism of interference structure. In the engineering application, it is beneficial to judge the position and strength of the structure of the wave system, to use the favorable structure, and to control the unfavorable structure. When using CFD to obtain the flow field, the accurate identification of the structure can also provide guidance for the selection of more precise grids and physical models in the local area. As an application, the structure identification method is applied to the identification of the wave structure of the supersonic inlet of the suction engine, and is also applied to the analysis of the flow structure of a specific lift configuration. In these applications, some complex shock interference phenomena are analyzed. In this paper, the complex shape and complex wave flow system structure identification platform, structure is simple identification, flow structure, processing and display the format of various grid type and shape the practical characteristics of various standard data, greatly reducing the mechanism of complex flow field analysis of the difficulty and the difficulty of the problem processing engineering.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O354.3

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本文編號(hào)：1343305