浸入边界法的算法研究及应用

发布时间：2019-11-15 13:06

【摘要】：动边界问题在自然界和工程应用中广泛存在,典型的例子有昆虫的飞行和圆柱流动控制。昆虫由于其惊人的飞行技能而引起了人们很大的兴趣,虽然已经对扑翼运动进行了大量的研究,但是却很少有人关注非对称性运动对它的影响。而事实上在真实的昆虫飞行过程中,不对称性有着不可忽视的作用。所以,本文利用不可压缩流中的基于速度修正的浸入边界法对非对称运动扑翼的动力性能进行了数值研究,分别分析了下行时间率、旋转的时间以及旋转与平移运动之间的相位差的影响。此外,利用该方法本文还研究了弹性丝线对圆柱的流动控制。圆柱是固定的或者弹性支撑的,而丝线则附着在圆柱后缘处,其前端固定、后端自由摆动。通过改变丝线的弹性系数和长度系统地研究了其对圆柱流动控制的影响,并且发现丝线能够有效地抑制固定圆柱的升力波动和涡脱落以及弹性支撑圆柱的涡激振荡。同时,在不可压缩流浸入边界法的基础上,本文还提出了一种可用于可压缩粘流的强制边界条件的浸入边界法。在不可压缩流中,只需要满足无滑移速度边界条件,而可压缩流的浸入边界对速度、温度、密度以及压强都有很大的影响,所以不可压缩流中的浸入边界法就不能直接应用于可压缩流中。为了克服这一困难,本文先将无滑移速度条件转化为动量条件修正动量场,再利用连续方程以及修正后的动量修正密度场,有了修正后的动量和密度就能得到修正后的速度。接着利用给定的温度条件修正温度场,最后将修正后的密度和温度代入状态方程就修正了压强场。通过这样的方法,成功地利用边界条件对所有的流动变量进行了修正。为了验证该方法,本文进行了不同雷诺数、马赫数以及攻角下的圆柱绕流、NACA0012翼型绕流以及交错双翼布局结构的层流绕流等数值模拟,并且得到了与参考文献十分吻合的结果。
【图文】：

IBM）作为一种能有效模拟具有复杂边界流场的数值方法题等方面都取得了很大的成功，并且其模拟结果与实验数是相当吻合的。因此，浸入边界法已经成为目前计算流体浸入边界法的基本思想和传统的浸入边界法的原理。同时一种基于速度修正的浸入边界法[13]，该方法有效地解决了的原理般包含两套相互独立的网格，在整个流场使用固定的直角来表示。物体放入固定网格的流场后，通过物体对流体的进而对物体附近的流场进行特别的处理。，对于一个二维流动区域，在整个流场均使用直角坐标网物体的变形或者边界的运动而改变，称之为欧拉网格点。，并且这些点会随着物体的变形或者边界的运动而改变，

浸入边界法的算法研究及应用的研究。这里考虑的是一个二维的悬停扑翼。为了分析每个参们选择了不同的下行时间率、旋转运动的时间以及旋转和平移作中，采用了一个长短轴比为 4:1 的椭圆来表示翼型。翼型的倾斜角的行程面内进行的，它包括了平移运动和旋转运动。如图平移距离以及旋转角度，翼型的弦长为c ，与水平方向的倾斜
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V211.3

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本文编号：2561324