將RANS與LES結(jié)合起來發(fā)展非定常湍流模擬方法是當(dāng)前條件下兼顧精度和效率的可行途徑。本文對一種利用網(wǎng)格界面對RANS和LES進(jìn)行顯式分區(qū)并開展耦合計(jì)算的WE-RANS/LES方法進(jìn)行了發(fā)展。從該方法的RANS部分、LES部分和耦合界面三個(gè)要素著手開展研究,使這一多時(shí)空尺度/多物理模型耦合的湍流模擬方法初步成型,并促使其向?qū)嶋H應(yīng)用發(fā)展。改進(jìn)并完善了程序平臺(tái)NSAWET,通過改進(jìn)時(shí)間推進(jìn)方法、采用多重網(wǎng)格、改進(jìn)MPI并行計(jì)算等手段改進(jìn)計(jì)算效率,改進(jìn)了程序框架使之能夠適應(yīng)高精度格式的需求。完善了窗口嵌入技術(shù),實(shí)現(xiàn)了指定區(qū)域局部網(wǎng)格加密等。改進(jìn)了壓差及摩擦阻力的預(yù)測精度,為WE-RANS/LES方法的發(fā)展建立了良好的基礎(chǔ)。在RANS部分,選擇并研究了基于尺度自適應(yīng)思想的k-kL模式,引入可實(shí)現(xiàn)性修正該模式改善了其計(jì)算穩(wěn)健性。該模式改進(jìn)了RANS計(jì)算對湍流流動(dòng)的預(yù)測精度和能力,尤其是預(yù)測大范圍分離的能力。將其應(yīng)用于WE-RANS/LES方法中RANS區(qū)的非定常計(jì)算,可以用較小的計(jì)算代價(jià)捕捉大尺度非定常信息;并可提供流動(dòng)尺度信息,有利于在RANS/LES界面構(gòu)造人工湍流脈動(dòng)。在LES部分,結(jié)合可... 

【文章來源】：清華大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
主要符號對照表
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 精細(xì)湍流模擬方法的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 湍流模擬方法分類及概述
        1.2.2 第二代URANS方法
        1.2.3 隱式大渦模擬方法
    1.3 嵌入大渦模擬類方法的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 ELES的特點(diǎn)
        1.3.2 近年的研究應(yīng)用進(jìn)展
        1.3.3 RANS/LES嵌入耦合方法
    1.4 人工湍流脈動(dòng)構(gòu)造方法的研究現(xiàn)狀
        1.4.1 一般流程
        1.4.2 均勻各向同性湍流的構(gòu)造
        1.4.3 進(jìn)展和評價(jià)
    1.5 本文的章節(jié)安排
第2章 研究基礎(chǔ)：NSAWET計(jì)算程序及改進(jìn)
    2.1 NSAWET計(jì)算程序概述
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 數(shù)值方法和湍流模式
        2.1.3 窗口嵌入計(jì)算技術(shù)
    2.2 NSAWET計(jì)算程序的發(fā)展
        2.2.1 無矩陣LU-SGS方法
        2.2.2 完全多重網(wǎng)格方法
        2.2.3 基于MPI的分區(qū)并行策略的改進(jìn)
    2.3 阻力預(yù)測性能的驗(yàn)證與改進(jìn)
        2.3.1 廣義Richardson外插方法
        2.3.2 壓差阻力預(yù)測
        2.3.3 摩擦阻力預(yù)測
        2.3.4 三維CRM翼身組合體的阻力預(yù)測精度分析
    2.4 實(shí)現(xiàn)RANS/LES嵌入耦合的思路
第3章 基于k-kL兩方程模式的 2G-URANS模擬
    3.1 k-kL兩方程模式
        3.1.1 模式方程
        3.1.2 可實(shí)現(xiàn)性修正
        3.1.3 可實(shí)現(xiàn)性修正的影響
    3.2 k-kL模式在定常問題中的應(yīng)用
        3.2.1 二維Sajben跨音速擴(kuò)壓器
        3.2.2 NACA0012半展長機(jī)翼梢渦
        3.2.3 三維CRM翼身組合體
    3.3 k-kL模式在非定常分離流動(dòng)中的應(yīng)用
        3.3.1 周期山算例描述
        3.3.2 二維定常計(jì)算
        3.3.3 三維非定常計(jì)算
    3.4 本章小結(jié)
第4章 基于MDCD/SLAU格式的隱式大渦模擬
    4.1 MDCD/SLAU數(shù)值格式
        4.1.1 MDCD格式
        4.1.2 SLAU格式
        4.1.3 數(shù)值特性的驗(yàn)證
    4.2 簡單流動(dòng)的大渦模擬
        4.2.1 不可壓縮均勻各向同性湍流
        4.2.2 Taylor-Green渦
        4.2.3 可壓縮均勻各向同性湍流
    4.3 內(nèi)流問題的大渦模擬
        4.3.1 算例描述
        4.3.2 平面槽道湍流的計(jì)算結(jié)果
        4.3.3 周期山分離流動(dòng)的計(jì)算結(jié)果
    4.4 亞臨界圓柱繞流的大渦模擬
        4.4.1 算例描述
        4.4.2 Re_D=2580的計(jì)算結(jié)果
        4.4.3 數(shù)值耗散和數(shù)值色散的影響
        4.4.4 Re_D=3900的計(jì)算結(jié)果
    4.5 本章小結(jié)
第5章 嵌入耦合的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證
    5.1 WE-RANS/LES的耦合界面條件
        5.1.1 嵌入耦合的基本過程
        5.1.2 LES區(qū)邊界的雙向信息傳遞
        5.1.3 RANS區(qū)邊界的雙向信息傳遞
    5.2 一種近似符合湍流能譜的過濾法
        5.2.1 現(xiàn)有人工湍流脈動(dòng)構(gòu)造方法
        5.2.2 統(tǒng)一形式的數(shù)值過濾器
        5.2.3 在均勻各向同性湍流衰減問題中的驗(yàn)證
    5.3 嵌入耦合的驗(yàn)證和應(yīng)用
        5.3.1 平面槽道湍流
        5.3.2 OAT15A翼型繞流
        5.3.3 周期山分離流動(dòng)
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
個(gè)人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3237350