復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)流場數(shù)值模擬的無網(wǎng)格方法及應(yīng)用.pdf

1、無網(wǎng)格方法由于其空間離散只依賴節(jié)點的點云，無需將節(jié)點互連構(gòu)成網(wǎng)格，對于包含復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)或運動剛體的流動問題具有傳統(tǒng)數(shù)值方法無法比擬的靈活性、優(yōu)越性。本文對復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)流場數(shù)值模擬的無網(wǎng)格方法及應(yīng)用展開了研究。
　　首先，通過對邊界節(jié)點權(quán)重設(shè)置、理想推進點位置及權(quán)重計算、最佳推進點選取準(zhǔn)則等關(guān)鍵問題的研究，發(fā)展了一套帶權(quán)點填充布點方案，實現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)流場的均勻、非均勻布點，點云的構(gòu)建則在布點過程中同步完成。布點試驗表明該方法布點效果

2、理想，并且具有良好的健壯性，為后續(xù)化學(xué)反應(yīng)流動的無網(wǎng)格數(shù)值模擬奠定了基礎(chǔ)。
　　然后，采用二維多組分Euler方程進行流體動力學(xué)建模，在當(dāng)?shù)攸c云離散的基礎(chǔ)上，應(yīng)用最小二乘擬合逼近空間導(dǎo)數(shù)，引入多組分HLLC(Harten-Lax-van Leer-Contact)格式和AUFS(Artificially Upstream Flux Vector Splitting)格式計算對流通量，并結(jié)合MUSCL方法對中心點和衛(wèi)星點間中點兩側(cè)的

3、流動變量進行重構(gòu)，以提高計算精度;對于化學(xué)反應(yīng)計算中的剛性問題，利用二階精度的Strang分裂方法處理，其中流動方程運用四階Runge-Kutta法顯式推進，化學(xué)反應(yīng)微分方程采用有限速率反應(yīng)模型和隱式線性化方法求解，進而建立了一套非平衡化學(xué)反應(yīng)流場數(shù)值模擬的無網(wǎng)格算法，并將其拓展到三維空間。通過激波誘導(dǎo)燃燒、斜劈誘導(dǎo)爆轟、胞格爆轟等標(biāo)準(zhǔn)算例，檢驗了算法的可行性、準(zhǔn)確性。
　　隨后針對包含運動剛體的流動問題，創(chuàng)建了待刪節(jié)點的判斷依據(jù)

4、，提出了重構(gòu)空腔的快速確定方法，并調(diào)用帶權(quán)點填充方法對空腔進行布點，采用線性插值進行新舊節(jié)點流動參數(shù)的傳遞，實現(xiàn)了畸形點云的重構(gòu)。進而基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)形式Euler方程，在前文研究的基礎(chǔ)上，建立了包含動邊界非平衡化學(xué)反應(yīng)流動的無網(wǎng)格數(shù)值模擬算法。鑒于重構(gòu)過程一定程度上增加了計算量，為了進一步擴大計算規(guī)模、提高計算效率，基于SPMD(Single-Program Multiple-D

5、ata)模型對上述算法進行了并行化處理，其消息傳遞采用MPI(Message Passing Interface)。通過對圓柱繞流和7.62mm機槍理想發(fā)射過程的模擬驗證了快速重構(gòu)方法的有效性。
　　最后，對復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)流動數(shù)值模擬的無網(wǎng)格算法在實際工程問題中的應(yīng)用能力進行了檢驗。對不同錐角、飛行速度時，彈丸誘導(dǎo)爆轟波流場進行了數(shù)值模擬;對不含、含尾噴管時，脈沖爆轟發(fā)動機單循環(huán)過程內(nèi)外流場進行了數(shù)值計算;重點對12.7mm高射機槍