大渦模擬(LES)可以在空間分辨率遠遠小于直接數(shù)值模擬的計算網(wǎng)格下,較準(zhǔn)確地模擬較高雷諾數(shù)和較復(fù)雜的湍流運動,并獲得比平均雷諾數(shù)值模擬更準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果和更多的湍流信息。大渦模擬的這些特征對湍流研究及工程設(shè)計和應(yīng)用十分重要。因此,隨著高性能計算機的發(fā)展,LES成為湍流數(shù)值模擬的熱門研究課題和一種實際流動的預(yù)測手段。在LES中,只直接求解網(wǎng)格尺度、動量關(guān)鍵的大渦結(jié)構(gòu),而通過亞格子(SGS)應(yīng)力模型模化湍流中耗散占優(yōu)、動量不重要的小尺度渦結(jié)構(gòu)。因此,合理而準(zhǔn)確的SGS模式建模成為LES方法的關(guān)鍵。雖然各種各樣的SGS模型已被研究者們提出并獲得了一定的成功,但是直到今天也沒有令人滿意的模型,尤其是對存在非平衡特性的復(fù)雜流動,如層流-湍流的轉(zhuǎn)捩、流動分離等。本文的研究課題是關(guān)于SGS模式建模的基礎(chǔ)研究,尤其是提高SGS模型對具有非平衡特性的復(fù)雜流動的預(yù)測精度。例如,在翼型繞流流動中,計算網(wǎng)格寬度會沿著流經(jīng)翼型表面附近的流線發(fā)生很大變化。但是,絕大多數(shù)現(xiàn)有的的SGS模型都沒有考慮長度尺度的流向變化對SGS應(yīng)力的影響。本文首次從理論上探討了這種網(wǎng)格寬度的變化對SGS渦粘系數(shù)的影響,并從理論上定量了這...

【文章頁數(shù)】：169 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 湍流
        1.1.1 湍流的數(shù)學(xué)描述:Navier-Stokes方程
        1.1.2 湍流的物理描述
        1.1.3 湍流的數(shù)值模擬
    1.2 大渦模擬的應(yīng)用簡介
    1.3 亞格子模式建模研究的歷史發(fā)展及現(xiàn)狀
    1.4 本文的主要研究內(nèi)容
    1.5 本章小結(jié)
第2章 大渦模擬的理論
    2.1 濾波操作
    2.2 大渦模擬本構(gòu)方程
    2.3 若干亞格子模式建模
        2.3.1 Smagorinsky模型(SM)
        2.3.2 動態(tài)Smagorinsky模型(DSM)
        2.3.3 局部動態(tài)模型
        2.3.4 拉格朗日動態(tài)模型
        2.3.5 亞格子動能傳遞方程模型(TKM)
        2.3.6 動態(tài)亞格子動能傳遞方程模型(OVM)
    2.4 本章小結(jié)
第3章 新模型的數(shù)學(xué)推導(dǎo)及理論研究
    3.1 研究背景
    3.2 特征長度的梯度對亞格子渦粘系數(shù)的影響
    3.3 亞格子渦粘系數(shù)運輸方程模型(TEM)
    3.4 亞格子渦粘系數(shù)運輸方程模型的幾個延伸討論
        3.4.1 亞格子渦粘系數(shù)運輸方程模型的兩個簡化版本
        3.4.2 亞格子渦粘系數(shù)運輸方程模型的動參數(shù)版本
        3.4.3 基于新型特征長度模型的亞格子渦粘系數(shù)運輸方程模型
    3.5 本章小節(jié)
第4章 充分發(fā)展的平面槽道湍流的大渦模擬
    4.1 充分發(fā)展的平面槽道湍流先驗測試
        4.1.1 DNS數(shù)據(jù)庫
        4.1.2 計算結(jié)果分析與討論
    4.2 充分發(fā)展的平面槽道湍流后驗測試
        4.2.1 數(shù)值實現(xiàn)簡介
        4.2.2 計算結(jié)果分析與討論
    4.3 流向非均勻網(wǎng)格下的后驗測試
        4.3.1 數(shù)值實現(xiàn)簡介
        4.3.2 計算結(jié)果分析與討論
    4.4 本章小節(jié)
第5章 平面擴壓器流動的大渦模擬
    5.1 研究背景
    5.2 理論補充
    5.3 數(shù)值實現(xiàn)方法
    5.4 網(wǎng)格無關(guān)性研究
    5.5 亞格子模型性能研究
    5.6 驗證新型亞格子模型有效性
        5.6.1 湍流統(tǒng)計特征驗證
        5.6.2 湍流瞬時結(jié)構(gòu)
    5.7 本章小結(jié)
第6章 NACA0012 翼型繞流大渦模擬及其氣動聲學(xué)研究
    6.1 研究背景
    6.2 一般曲線坐標(biāo)系下考慮弱可壓縮性的大渦模擬理論
    6.3 數(shù)值實現(xiàn)方法
    6.4 NACA0012 翼型周圍流場的結(jié)果與分析
        6.4.1 網(wǎng)格無關(guān)性驗證
        6.4.2 翼型表面壓力分布
        6.4.3 翼型前緣附近的分離區(qū)域和渦旋結(jié)構(gòu)
        6.4.4 亞格子動能的非平衡性特征
        6.4.5 攻角變化對流場的影響
    6.5 一般曲線坐標(biāo)系下考慮弱壓縮效應(yīng)的氣動聲學(xué)模型
    6.6 NACA0012 翼型周圍氣動聲場的結(jié)果與分析
        6.6.1 翼型周圍聲源的分布和遠場聲壓級的比較
        6.6.2 馬赫數(shù)對氣動聲場的影響
    6.7 翼型后緣鋸齒的降噪機理研究
        6.7.1 后緣鋸齒的幾何形狀和數(shù)值計算設(shè)置
        6.7.2 后緣鋸齒對流場的影響
        6.7.3 后緣鋸齒對氣動聲場的影響
    6.8 本章小結(jié)
第7章 全文總結(jié)與展望
    7.1 本文主要結(jié)論
    7.2 本文創(chuàng)新點
    7.3 研究展望
參考文獻
攻讀博士期間發(fā)表的論文及科研成果
致謝



本文編號：3751474