非线性耦合本构方程的计算方法与验证
发布时间：2021-11-11 08:45
临近空间囊括了近连续流、滑移流和部分过渡流,是高超声速飞行器入轨与返回的必经区域。空间环境的特殊性决定高超声速飞行器在穿过时必须考虑稀薄大气环境对飞行器气动力/热的影响。同时考虑到数值模拟已广泛应用到气动力/热的预测当中,而网格质量是决定数值计算成败的关键之一,因此为了准确预测稀薄效应下高超声速飞行器表面的气动力/热,本文基于非线性耦合本构方程（NCCR）开展一系列的研究。首先本文基于当地梯度克努森数,提出一种适用于NS和NCCR方程的网格尺度参数准则,并分析不同因素对网格准则适用性和一致性的影响,验证该网格准则的工程适用性,并基于KnGLL给出适用于不同计算条件下用于确定壁面法向网格尺度上限的网格收敛判定准则。在不同来流温度条件下,将KnGLL与传统的基于来流参数的网格雷诺数准则进行比较,分析KnGLL相较于网格雷诺数的优越性。在计算外形的迎风区,NCCR方程对网格准则的适用性以及网格收敛判定准则回归到NS方程,这与NCCR方程在近连续流退化到NS方程有着密切的联系,证明了NCCR方程理论的正确性。在计算外形的背风区,...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
流动区域划分
某探月返回器的直接再入轨道与跳跃再入轨道[4]
浙江大学硕士学位论文绪论10基于当地温度梯度的网格标准，主要给出的网格准则为max，即网格上限。该方法对壁面处的热流通量数值计算过程进行分析。壁面数值格式一般存在多种离散形式，文中选取基于虚拟网格技术的壁面热流通量格式，如图1-3，其中1T为壁面第一层网格格心处温度，1T为壁面虚网格格心处温度，wK为壁面处气体热传导系数，Qw为壁面热流，y为壁面第一层网格高度。图1-3壁面处数值热流通量计算示意图网格准则计算公式可表示为：max2QwwwTKy=(1.6)由图1-3，确定的max在相同壁温下随当地热流的变化而不同，热流较高时对应临界网格尺度较小，热流较低时对应临界网格尺度较大，该准则计算的数值为第一层法向网格间距的上限。基于自由来流参数的网格雷诺数准则虽然是是目前使用最广泛的方法，Re以及基于该方法进行修正的网格准则存在人为调整的范围很大，经验性和随意性较强。基于壁面的网格雷诺数，在计算前无法确定壁面参数，只能通过多套网格进行测试，导致该方法不具有实用性。MFP准则虽然具有较好的物理意义，但是其从理论上计算的第一层网格间距为被认为是网格间距的下限，这样会导致计算量大，较难收敛。基于当地梯度的网格准则，从其理论上认为是计算法向第一层网格间距的上限，但是需要多套网格进行测试，计算驻点热流，因此也不具有实用性。所以提出一套工程应用性强的壁面网格尺度参数准则是非常有必要的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于非线性耦合本构关系的改进边界条件[J]. 江中正,赵文文,袁震宇,陈伟芳. 航空学报. 2018(10)
[2]稀薄气体动力学的非线性耦合本构方程理论及验证[J]. 肖洪,商雨禾,吴迪,师羊羊. 航空学报. 2015(07)
[3]高超声速气动热数值模拟法向网格准则[J]. 张亮,程晓丽,艾邦成. 力学与实践. 2014(06)
[4]高超声速气动热数值计算壁面网格准则[J]. 张智超,高振勋,蒋崇文,李椿萱. 北京航空航天大学学报. 2015(04)
[5]基于分子平均自由程的热流计算壁面网格准则[J]. 程晓丽,艾邦成,王强. 力学学报. 2010(06)
[6]气动热数值模拟中的网格相关性及收敛[J]. 潘沙,冯定华,丁国昊,田正雨,杨越明,李桦. 航空学报. 2010(03)
[7]热流CFD计算中格式和网格效应若干问题研究[J]. 阎超,禹建军,李君哲. 空气动力学学报. 2006(01)
[8]高超音速化学非平衡流的隐式格式迭代解法[J]. 王浩,吴颂平,陆烨. 北京航空航天大学学报. 2002(01)
博士论文
[1]稀薄气体流动非线性耦合本构关系模型理论与数值研究[D]. 江中正.浙江大学 2019
[2]微纳尺度气流的速度滑移及流动特性研究[D]. 杨琴.上海大学 2015
[3]高温非平衡效应下的激波干扰与激波反射[D]. 李季.中国科学技术大学 2015
[4]高超声速流动Burnett方程稳定性与数值计算方法研究[D]. 赵文文.浙江大学 2014
[5]高超声速气动热数值模拟方法及大规模并行计算研究[D]. 潘沙.国防科学技术大学 2010
本文编号：3488556
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
流动区域划分
某探月返回器的直接再入轨道与跳跃再入轨道[4]
浙江大学硕士学位论文绪论10基于当地温度梯度的网格标准，主要给出的网格准则为max，即网格上限。该方法对壁面处的热流通量数值计算过程进行分析。壁面数值格式一般存在多种离散形式，文中选取基于虚拟网格技术的壁面热流通量格式，如图1-3，其中1T为壁面第一层网格格心处温度，1T为壁面虚网格格心处温度，wK为壁面处气体热传导系数，Qw为壁面热流，y为壁面第一层网格高度。图1-3壁面处数值热流通量计算示意图网格准则计算公式可表示为：max2QwwwTKy=(1.6)由图1-3，确定的max在相同壁温下随当地热流的变化而不同，热流较高时对应临界网格尺度较小，热流较低时对应临界网格尺度较大，该准则计算的数值为第一层法向网格间距的上限。基于自由来流参数的网格雷诺数准则虽然是是目前使用最广泛的方法，Re以及基于该方法进行修正的网格准则存在人为调整的范围很大，经验性和随意性较强。基于壁面的网格雷诺数，在计算前无法确定壁面参数，只能通过多套网格进行测试，导致该方法不具有实用性。MFP准则虽然具有较好的物理意义，但是其从理论上计算的第一层网格间距为被认为是网格间距的下限，这样会导致计算量大，较难收敛。基于当地梯度的网格准则，从其理论上认为是计算法向第一层网格间距的上限，但是需要多套网格进行测试，计算驻点热流，因此也不具有实用性。所以提出一套工程应用性强的壁面网格尺度参数准则是非常有必要的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于非线性耦合本构关系的改进边界条件[J]. 江中正,赵文文,袁震宇,陈伟芳. 航空学报. 2018(10)
[2]稀薄气体动力学的非线性耦合本构方程理论及验证[J]. 肖洪,商雨禾,吴迪,师羊羊. 航空学报. 2015(07)
[3]高超声速气动热数值模拟法向网格准则[J]. 张亮,程晓丽,艾邦成. 力学与实践. 2014(06)
[4]高超声速气动热数值计算壁面网格准则[J]. 张智超,高振勋,蒋崇文,李椿萱. 北京航空航天大学学报. 2015(04)
[5]基于分子平均自由程的热流计算壁面网格准则[J]. 程晓丽,艾邦成,王强. 力学学报. 2010(06)
[6]气动热数值模拟中的网格相关性及收敛[J]. 潘沙,冯定华,丁国昊,田正雨,杨越明,李桦. 航空学报. 2010(03)
[7]热流CFD计算中格式和网格效应若干问题研究[J]. 阎超,禹建军,李君哲. 空气动力学学报. 2006(01)
[8]高超音速化学非平衡流的隐式格式迭代解法[J]. 王浩,吴颂平,陆烨. 北京航空航天大学学报. 2002(01)
博士论文
[1]稀薄气体流动非线性耦合本构关系模型理论与数值研究[D]. 江中正.浙江大学 2019
[2]微纳尺度气流的速度滑移及流动特性研究[D]. 杨琴.上海大学 2015
[3]高温非平衡效应下的激波干扰与激波反射[D]. 李季.中国科学技术大学 2015
[4]高超声速流动Burnett方程稳定性与数值计算方法研究[D]. 赵文文.浙江大学 2014
[5]高超声速气动热数值模拟方法及大规模并行计算研究[D]. 潘沙.国防科学技术大学 2010
本文编号：3488556
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