化学非平衡内流数值模拟

论文摘要

本论文对内流计算的求解方法进行了一系列研究,并通过求解二维可压缩非定常N-S方程及组分扩散方程来数值模拟氧碘激光器中的化学非平衡预混流场。 采用沿物面边界法向外推方法进行网格生成。后来为了适应复杂外形,本文又采用了商业软件GRIDGEN生成网格。 在流场求解技术方面,本文在时间推进上比较了显式四步Runge—Kutta方法、隐式LU分解和另外一种隐式时间推进格式;在空间离散上本文采用了格心有限体积法,并对中心格式和ROE格式进行了研究和比较:湍流模型采用了应用比较广泛的S-A一方程模型。求解了带10%圆弧鼓包的管道内流问题、SAJBEN扩压器内跨音速流场以及氧碘激光器光腔和扩压段内流场。计算结果与实验结果符合的较好。 在化学非平衡流动计算方面,本文采用中心格式的有限体积法对N-S方程作空间离散;用四步龙格-库塔方法作显式时间推进;假设混合气体为热力学完全而热值非完全气体;化学反应模型采用有限速率反应模型;使用一种松弛迭代的方法来处理化学源项的刚性问题。并且研究了氧碘激光器中的化学非平衡预混流场,得出了有意义的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• §1.2 本文研究背景
• §1.3 数值计算方法
• §1.4 湍流模型
• §1.5 本文的主要工作
• 第二章 网格生成技术
• §2.1 法向外推生成代数网格
• §2.2 用商业软件GRIDGEN生成网格
• 第三章 Euler方程和格心有限体积法
• §3.1 控制方程
• §3.2 空间离散
• §3.3 格心有限体积方法
• §3.3.1 格心有限体积法
• §3.3.2 边界条件
• §3.3.3 人工粘性
• §3.4 时间推进
• §3.4.1 Runge—Kutta方法
• §3.4.2 当地时间步长
• §3.4.3 残值光顺
• §3.5 算例及分析
• §3.6 小结
• 第四章 几种空间离散和时间推进格式的应用研究
• §4.1 Roe格式应用研究
• §4.1.1 Roe格式的构造
• §4.1.2 高阶MUSCL插值和通量限制器
• §4.2 一种隐式时间推进格式应用研究
• §4.3 LU-SGS格式应用研究
• §4.4 算例及分析
• §4.5 小结
• 第五章 N-S方程和湍流模型
• §5.1 控制方程
• §5.2 Spalart-Allmaras湍流模型
• §5.2.1 扩散项
• §5.2.2 生成项
• §5.2.3 耗散项
• §5.2.4 移动项
• §5.3 算例及分析
• §5.4 小结
• 第六章 氧碘化学激光器扩压器中非平衡流动的数值模拟
• §6.1 控制方程
• §6.2 热力学参数
• §6.3 扩散项
• §6.4 有限反应速率模型
• §6.5 求解温度的特殊处理
• §6.6 化学源项刚性问题的处理
• §6.7 算例及分析
• §6.8 小结
• 第七章 工作总结与展望
• 硕士期间发表论文
• 致谢
• 参考文献
• 附图