低雷諾數(shù)條件下可壓縮槽道湍流的大渦模擬.pdf

1、可壓縮湍流的研究是流體力學(xué)領(lǐng)域的難點(diǎn)問(wèn)題之一。隨著計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量的增大、運(yùn)算速度的提高,以及大規(guī)模并行計(jì)算技術(shù)的廣泛使用,大渦模擬作為具有通用性強(qiáng)、運(yùn)算時(shí)間短的高精度數(shù)值模擬方法之一,在復(fù)雜可壓縮流動(dòng)的機(jī)理研究中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,并且有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文首先回顧了大渦模擬方法的發(fā)展歷史,分析了大渦模擬方法的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用特點(diǎn),總結(jié)了大渦模擬的基本原理,推導(dǎo)了在工程實(shí)際中有著更為廣闊應(yīng)用背景

2、的可壓縮大渦模擬控制方程。
　　然后本文在已有大渦模擬程序的基礎(chǔ)上,編寫了新的適用于研究可壓縮湍流的大渦模擬程序。所編寫的大渦模擬程序的控制方程為可壓縮的Navier-Stokes方程組,分別引入經(jīng)典的Smagorinsky模型和動(dòng)力渦粘模型兩種亞格子應(yīng)力模型對(duì)控制方程進(jìn)行封閉;流場(chǎng)計(jì)算域通過(guò)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行劃分,在邊界層處進(jìn)行局部加密;程序通過(guò)有限體積法分別對(duì)大渦模擬控制方程組的空間項(xiàng)和時(shí)間項(xiàng)進(jìn)行離散,對(duì)流項(xiàng)的離散格式為四階中心格

3、式,粘性項(xiàng)的離散格式二階中心格式,時(shí)間推進(jìn)為三階三步的顯式Runge-Kutta方法,并根據(jù)計(jì)算需要設(shè)置了不同類型的邊界條件。程序?qū)φ鎸?shí)物理環(huán)境有較強(qiáng)的模擬能力。
　　最后,本文選擇充分發(fā)展的槽道湍流為校驗(yàn)算例,分析了可壓縮槽道湍流的基本原理及其特點(diǎn)并對(duì)低雷諾數(shù)條件下可壓縮槽道湍流進(jìn)行數(shù)值模擬。將LES模擬得出的平均量、脈動(dòng)量、高階統(tǒng)計(jì)量等與DNS的結(jié)果對(duì)比可得,大渦模擬程序用了較少的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值模擬,流動(dòng)變量曲線與DNS模擬結(jié)

4、果吻合良好,證明了程序的可靠性與適用性。此外,通過(guò)大渦模擬程序分析了低雷諾數(shù)條件下局部障礙物繞流的問(wèn)題。以下壁面存在弧形凸起的可壓縮槽道湍流為研究對(duì)象,對(duì)比分析了不同高度的弧形凸起對(duì)可壓縮湍流流動(dòng)的影響,研究了弧形凸起后側(cè)近壁區(qū)域的流場(chǎng)特性?；⌒瓮蛊鸷髠?cè)形成回流區(qū)、剪切層區(qū)和再附著區(qū),隨著弧形高度的增加,可壓縮效應(yīng)增強(qiáng),流場(chǎng)內(nèi)狀態(tài)參數(shù)發(fā)生變化,旋禍?zhǔn)艿嚼炫まD(zhuǎn)效應(yīng)增強(qiáng)。所編寫的大渦模擬程序計(jì)算具有較高的精度,能夠處理具有復(fù)雜幾何/物理邊