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《包含運(yùn)動(dòng)邊界的多體非定常流場(chǎng)數(shù)值模擬方法研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文摘要本文建立了基于非結(jié)構(gòu)動(dòng)網(wǎng)格的數(shù)值模擬技術(shù)，耦合求解包含運(yùn)動(dòng)邊界的多體非定常流場(chǎng)。流動(dòng)控制方程為ALE(ArbitraryLagrangian—Eulerian)描述形式的三維非定常Euler方程。構(gòu)造了一種MUSCL(MonotonicUpwindSchemesforConservationLaws)類型有限體積格心fCellcentered)格式對(duì)方程進(jìn)行離散。采用了基于網(wǎng)格單元幾何特性的線性重建fReconstruction)公式并引入通量矢量分裂(Flux—vectorsplicing)技術(shù)，計(jì)算得到控制體邊界上二階精度的通量值。發(fā)展了一
2、種簡(jiǎn)單高效的通量限制器抑制激波處的非物理振蕩。時(shí)間方向的積分采用二階精度的顯示四步Runge．Kutta方法。為避免網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)給數(shù)值解帶來額外誤差，給出了幾何守恒律的離散形式并在數(shù)值上滿足了幾何守恒律條件。本文還研究了剛體動(dòng)力學(xué)方程與流動(dòng)方程的耦合求解方法，用于模擬由氣動(dòng)力決定的物體運(yùn)動(dòng)軌跡。動(dòng)網(wǎng)格由網(wǎng)格變形與局部重構(gòu)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。對(duì)于動(dòng)邊界位移較小的情況則單獨(dú)應(yīng)用網(wǎng)格變形方法。網(wǎng)格變形的物理模型采用改進(jìn)的彈簧近似模型，改進(jìn)措施包括邊界修正和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)修正。處理動(dòng)邊界位移較大的情況時(shí)，必須結(jié)合局部重構(gòu)方法。網(wǎng)格變形區(qū)域被限制在包圍動(dòng)邊界的一個(gè)窗口范圍內(nèi)。本文提出了最佳鄰點(diǎn)搜索法快
3、速自動(dòng)確定變形區(qū)窗口邊界。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重扭曲的網(wǎng)格單元時(shí)，采用陣面推進(jìn)法重新生成變形區(qū)內(nèi)的網(wǎng)格，并通過線性插值傳遞流動(dòng)信息。使用源點(diǎn)隨動(dòng)技術(shù)保證了重新生成的網(wǎng)格具有合理的疏密分布，采用四分樹(Quadtree)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)顯著加快了插值運(yùn)算中的查尋速度。以偏轉(zhuǎn)翼型動(dòng)網(wǎng)格為例驗(yàn)證了網(wǎng)格變形技術(shù)，結(jié)果表明：改進(jìn)后的彈簧近似方法在保持原有高效率的同時(shí)，大大提高了網(wǎng)格變形能力和變形后網(wǎng)格質(zhì)量。通過模擬兩個(gè)方形物體在激波沖擊作用下的運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)證了該變形技術(shù)對(duì)三維網(wǎng)格也能實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的變形能力。本文將網(wǎng)格變形方法與數(shù)值解算器耦合起來求解了二維振動(dòng)翼型繞流和三維振動(dòng)矩形機(jī)翼繞流，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，證明
4、本文的數(shù)值方法具有較高的準(zhǔn)確性。耦合了剛體動(dòng)力學(xué)方程的求解方法以及變形與局部重構(gòu)相結(jié)合的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)則通過對(duì)二維外掛物自由下落繞流的成功模擬得到了驗(yàn)證。正是由于改進(jìn)的彈簧近似模型的采用，顯著降低了重構(gòu)網(wǎng)格操作的頻度，進(jìn)而減小了插值耗散損失。另外，作為非結(jié)構(gòu)動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的一個(gè)新探索，發(fā)展了自由振動(dòng)法直接確定飛行器配平攻角。通過算例驗(yàn)證了該方法的合理性和準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：Euler方程；運(yùn)動(dòng)邊界；非結(jié)構(gòu)動(dòng)網(wǎng)格；彈簧近似：局部重構(gòu)網(wǎng)格第1頁國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院學(xué)位論文ABSTRACTNumericalmethodsusingdynamicunstructuredmeshesfortime
5、—accuratelysolvingunsteadymulti—bodyflowproblemsinvolvingmovingboundariesareimplemented．AMUSCLtypecell·-centeredfinite-volumeschemeispresentedforsolvingthe3-Dtime-dependentEulerequationscastinanArbitraryLagrangian-Eulerian(ALE)framework．Thefluxacrosseachcellfaceiscalculatedusingaflux—vectorsp
6、littingtechnique．Higher-orderschemeisobtainedbyexpandingthecell·centeredsolutiontoeachcellfaceusingalinearreconstructionformulabasedongeometricalinvariantfeaturesoftrianglesandtetrahedra，whichreducescomputermemoryrequirements．Asimplelimitersimilartot11eoneofBarthandJesperseniSpresentedtoelimi
7、nateunph3，sicaioscillationsneardiscontinuities．Solutionsareadvancedintimebyexplicitfour-stageRunge··Kuttaintegrationwithuptosecond--ordertemporalaccuracy．Toavoidgridmotioninducederror，thegeometricconservationlaw(GCL)issatisfiednumerically．For
