脱体涡数值分析与应用研究

论文摘要

脱体涡数值分析是近年来出现的一种结合了雷诺平均方法和大涡数值模拟两者优点的湍流模拟方法,可以被用来有效且快速的模拟大范围分离的湍流流动。另一方面,近年来发展出来的基于Delaunay图映射的动弹网格方法也取得了较大的成功,可以被用来较为有效地处理运动边界条件下粘性网格的变形运动。由于在实际的工程计算当中,物体边界的运动常常会导致流动的大范围分离,本文便结合脱体涡数值分析和基于Delaunay图映射的动弹网格方法,发展出了可以用来模拟运动边界条件下的大范围分离流动的数值模拟程序,为拓宽脱体涡数值分析的应用领域打下了基础。本文具体的研究工作包括了以下几个方面:（1）采用非结构有限体积法格心格式对ALE形式下的Navier-Stokes方程进行了数值离散;（2）讨论和研究了基于Delaunay图映射的动弹网格方法,并对耦合进动弹网格方法在内的数值模拟程序进行了并行化设计;（3）采用以Spalart-Allmaras一方程模型为湍流模型的雷诺平均方法,对一系列固定边界、运动边界条件下的绕流算例进行了模拟和分析,验证了本文数值模拟程序的可靠性以及其处理运动边界的能力;（4）以基于Spalart-Allmaras一方程模型的脱体涡数值分析方法,对一系列大范围分离绕流算例进行了模拟和分析,考验了本文数值模拟程序在模拟大范围分离绕流方面的能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 脱体涡数值分析文献综述
• 1.3 本文工作与意义
• 第二章 数学模型与数值离散
• 2.1 数学模型
• 2.1.1 流体力学控制方程
• 2.1.2 Spalart-Allmaras 一方程湍流模型
• 2.1.3 DES 湍流模型
• 2.1.4 方程无量纲化
• 2.2 数值离散
• 2.2.1 时间项离散
• 2.2.2 空间项离散
• 2.2.3 初始条件以及边界条件
• 2.2.4 几何守恒律
• 2.2.5 加速收敛措施
• 2.3 小结
• 第三章 动弹网格方法与并行化设计
• 3.1 动弹网格方法
• 3.1.1 弹簧近似方法
• 3.1.2 基于Delaunay 图映射的动弹网格方法
• 3.1.3 关于Delaunay 图映射方法的一些讨论
• 3.2 并行化设计
• 3.2.1 并行硬件、软件与术语简介
• 3.2.2 针对集群系统的并行化设计
• 3.2.3 关于并行设计的一些讨论
• 3.2.4 算例分析
• 3.3 小结
• 第四章 雷诺平均方法绕流算例研究
• 4.1 固定边界绕流算例研究
• 4.2 运动边界绕流算例研究
• 4.3 小结
• 第五章 脱体涡数值分析与绕流算例研究
• 5.1 涡运动研究简介
• 5.2 脱体涡数值分析思想简介
• 5.3 脱体涡数值分析绕流算例研究
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 附录A 非定常压力系数计算
• 附录B 三维涡结构显示
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文