熱流cfd計算中格式和網(wǎng)格效應(yīng)若干問題研究

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1、第!"卷第#期空氣動力學(xué)學(xué)報$%&’!"，(%’#!))*年)+月!"#!!$%&’()!*+"!,+)+"!,-.’，!))*!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章編號：)!/01#0!/（!))*）)#1)#!/1)*熱流"-’計算中格式和網(wǎng)格效應(yīng)若干問題研究閻超，禹建軍，李君哲（北京航空航天大學(xué)，國家計算流體力學(xué)實驗室，北京#)))0+）摘要：通過數(shù)值實驗、理論分析、試驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗公式的綜合研究，探討了234熱流計算的格式效應(yīng)及網(wǎng)格效應(yīng)：研究了5%6的347格式、$-8966.的3$7格

2、式、:;7,<格式及中心差分格式的熱流計算分辨率，探討了不同格式對熱流計算精度的影響，認為:;7,<格式在熱流計算精確性方面具有優(yōu)勢；在熱流絕對值的模擬上，網(wǎng)格的影響很大，能否計算出正確的駐點熱流值將是獲得精確物面熱流解的關(guān)鍵；通過大量的數(shù)值計算、理論分析及其同試驗數(shù)據(jù)的對比研究，對可能影響熱流計算的網(wǎng)格因素進行了細致的分析，揭示了各因素對熱流計算結(jié)果的影響規(guī)律。關(guān)鍵詞：熱流；234；格式；網(wǎng)格中圖分類號：$!##’+文獻標識碼：:［!>"，*，0，##］后來更側(cè)重研究網(wǎng)格效應(yīng)。關(guān)于234格式.引言效應(yīng)，不多的幾篇研究論文的結(jié)論基本一致：格式的對于導(dǎo)彈、飛船、航天飛機、空天飛機以及高超聲耗散性

3、越小，熱流的計算精度越高。但還沒有人對目速飛機等再入飛行器而言，氣動熱及其防護是整個飛前國際上有代表性的氣動熱234格式進行系統(tǒng)的比行器成敗的關(guān)鍵難題之一。隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)較研究和理論分析，這是本文所要研究的問題之一。展、尤其是國防尖端武器對速度和機動能力越來越高網(wǎng)格對氣動熱234計算的影響很大［!>"，*，0，##］，的要求，氣動熱及其防護已經(jīng)成為制約再入飛行器發(fā)熱流計算對網(wǎng)格的選擇是很苛刻的，不同的網(wǎng)格可以展的瓶頸問題之一。使熱流計算結(jié)果相差一個量級。對于不同的流動和氣動熱的研究和設(shè)計一般采用風洞試驗和計算計算條件，熱流計算所需的網(wǎng)格也不相同。這是十多兩種方法。這兩種方法各有所長、相輔

4、相成，但總體年前都已經(jīng)知道的定性結(jié)論，但是到底網(wǎng)格的哪些因說來，都還有很多問題沒有解決，如對于氣動熱中最素影響了熱流的計算、如何確定合適的網(wǎng)格以便使熱重要的參數(shù)———表面熱流，兩種方法的精度都不高，流計算的精度高可靠性好，則沒有進行研究。這也是平均誤差約在#/=。本文的目的就是探討、分析影本文所要探討的主要問題。響表面熱流計算精度的因素。/空間格式效應(yīng)雖然234已經(jīng)取得了很大進展，但熱流計算一直是234中的難點問題。國內(nèi)外關(guān)于234的研究主目前，國內(nèi)外流行的先進234計算格式有：中心要集中在計算格式的精度和效率、復(fù)雜流動結(jié)構(gòu)的模格式、上風格式及((4、A$4、B(C等格式，其中上風擬能力和可靠

5、性、網(wǎng)格生成技術(shù)等方面。而對于氣動格式分為兩大類：以$-8966.格式為代表的3$7（3&DE熱234計算的研究，則相對少的多，其原因是多方面$6FG%.7H&IGGI8J）格式、以5%6格式為代表的347（3&DE的，但主要是氣動熱234計算存在的問題多而且難，4IKK6.68F67H&IGGI8J）格式。近年來，針對3$7格式與對一些基本的問題還缺乏令人信服的結(jié)論。347格式各自的優(yōu)缺點，又發(fā)展出:;7,（:LM6FGI%8氣動熱234計算的研究主要集中在234計算的;HNG.6-O7H&IGGI8J,6GP%L）族的混合格式。格式效應(yīng)和網(wǎng)格效應(yīng)兩個方面，也就是說，一般認為為了研究熱流計算

6、的格式效應(yīng)，我們選擇了目前影響氣動熱計算的主要是234格式和所使用的網(wǎng)使用最廣、最具有代表性的四種格式：中心差分格式、［#>##］［#>/，?>@］格。其中，早期的研究側(cè)重格式效應(yīng)，"收稿日期：!))/1)#1!@；修訂日期：!))/1)"1+)’萬方數(shù)據(jù)作者簡介：閻超（#@*!1），男，江蘇人，教授，博士，專業(yè)：空氣動力學(xué)、計算流體力學(xué)’016空氣動力學(xué)學(xué)報第13卷!"#的$%&格式、’()*##+的$’&格式以及,-&./格式更為逼近實驗數(shù)據(jù)。而$’&格式計算出的熱流格式，并且以有較詳盡實驗數(shù)據(jù)的二維圓柱高超聲速沿周線的變化較實驗結(jié)果更為平緩、誤差較大。［01］繞流算例。計算的來流條件為：

7、!2034560，"72我們又計算了兩個有詳盡實驗數(shù)據(jù)的三維高超88496:，"215;4<:，!254088=09>