低雷诺数下绕NACA0012翼型流的直接数值模拟
发布时间：2022-02-27 09:27
直接数值模拟（DNS）是计算流体力学（CFD）中的一种研究方法,它无需任何湍流模型,直接对NS方程进行求解。它能够得到流场内的准确信息和精细的结构,因此常用于湍流的研究。本文使用直接数值模拟的方法进行了低雷诺数下绕NACA0012翼型和机翼流动的计算,研究了此状态下湍流的相关性质,具有重要的理论意义。在计算中,空间离散采用了二阶精度的有限差分法,中心差分格式;时间积分为显隐混合的三阶RK-CN法。由于连续方程无法用以时间推进求解,因此使用了分步算法,并对二阶混合偏导数项进行了特殊处理。三维计算中,动量方程采用因式分解方法求解,快速傅里叶变换方法用以求解Possion方程,大大提高了求解效率。本文首先通过编制相对简单的程序计算了不同雷诺数下的一维Burgers方程和二维湍流的直接数值模拟,分别得到了速度和涡量等值线图,用以检验数值方法和算法的有效性,并大致确定三维直接数值模拟的雷诺数。随后编制了较为复杂的二维绕翼型流动和三维绕机翼流动的直接数值模拟程序,分别得到了不同雷诺数下的速度,压力,涡量以及能量的变化、动能耗散率和偏斜因子以及平坦因子。计算结果表明,雷诺数越高,就需要更高的时空分辨...
【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 湍流与直接数值模拟
1.2 选题的目的和意义
1.3 国内外发展现状
1.4 本文主要研究内容
1.5 本文主要结构
第2章 直接数值模拟方法理论基础
2.1 空间离散方法
2.2 时间离散方法
2.2.1 显式方法
2.2.2 隐式方法
2.3 不可压缩流体计算算法
2.4 POSSION方程的快速解法
2.4.1 傅里叶级数
2.4.2 傅里叶积分
2.4.3 离散傅里叶变换
2.4.4 快速傅里叶变换
2.5 边界条件
2.5.1 入口边界
2.5.2 出口边界
2.5.3 壁面边界
2.5.4 周期边界
2.6 初始条件
2.7 时空分辨率
2.8 稳定性条件
2.9 本章小结
第3章 数值方法检验
3.1 一维BURGERS方程数值求解
3.1.1 控制方程
3.1.2 数值方法
3.1.3 计算结果
3.2 二维湍流直接数值模拟研究
3.2.1 控制方程
3.2.2 数值方法
3.2.3 计算结果
3.3 本章小结
第4章 绕二维翼型的直接数值模拟
4.1 控制方程
4.2 坐标变换
4.3 空间离散
4.4 时间离散
4.5 算法推导
4.6 边界条件与初始条件
4.7 时空分辨率与网格
4.8 其他
4.9 计算结果
4.10 本章小结
第5章 绕三维机翼的直接数值模拟
5.1 控制方程
5.2 因式分解求解动量方程
5.3 FFT求解POSSION方程
5.4 时空分辨率
5.5 程序并行
5.6 计算结果（能量、耗散率、偏斜因子、平坦因子）
5.7 本章小结
结论
附录Ⅰ 二维绕流等值线图
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流体湍流及数值模拟研究综述[J]. 范月华,蒋崇文,高振勋,李椿萱. 力学与实践. 2016(01)
[2]转捩对压缩拐角激波/边界层干扰分离泡的影响[J]. 童福林,李新亮,唐志共,朱兴坤,黄江涛. 航空学报. 2016(10)
[3]低雷诺数NACA0012平面叶栅流场直接数值模拟[J]. 朱海涛,单鹏. 航空动力学报. 2013(02)
[4]马赫数为6的高超声速钝锥湍流边界层空间演化的直接数值模拟[J]. 董明. 空气动力学学报. 2009(02)
[5]二维涡轮叶栅流场的直接数值模拟[J]. 魏东海,邹正平,叶建,严明,陆利蓬. 航空动力学报. 2005(04)
[6]低雷诺数下翼型前缘流动分离机制的研究[J]. 叶建,邹正平,陆利蓬,杨琳. 北京航空航天大学学报. 2004(08)
[7]大涡模拟理论及其应用综述[J]. 王玲玲. 河海大学学报(自然科学版). 2004(03)
[8]低雷诺数下二维翼型绕流的流场特性分析[J]. 叶建,林国华,邹正平,陆利蓬. 航空动力学报. 2003(01)
[9]三维气固两相混合层湍流拟序结构的直接数值模拟[J]. 樊建人,郑友取,岑可法. 工程热物理学报. 2001(02)
[10]平面混合流拟序结构的直接数值模拟[J]. 傅德薰,马延文. 中国科学（A辑 数学 物理学 天文学 技术科学）. 1996(07)
硕士论文
[1]激波与障碍物相互作用的直接数值模拟研究[D]. 罗玉娟.浙江大学 2017
本文编号：3645200
【文章来源】：沈阳航空航天大学辽宁省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 湍流与直接数值模拟
1.2 选题的目的和意义
1.3 国内外发展现状
1.4 本文主要研究内容
1.5 本文主要结构
第2章 直接数值模拟方法理论基础
2.1 空间离散方法
2.2 时间离散方法
2.2.1 显式方法
2.2.2 隐式方法
2.3 不可压缩流体计算算法
2.4 POSSION方程的快速解法
2.4.1 傅里叶级数
2.4.2 傅里叶积分
2.4.3 离散傅里叶变换
2.4.4 快速傅里叶变换
2.5 边界条件
2.5.1 入口边界
2.5.2 出口边界
2.5.3 壁面边界
2.5.4 周期边界
2.6 初始条件
2.7 时空分辨率
2.8 稳定性条件
2.9 本章小结
第3章 数值方法检验
3.1 一维BURGERS方程数值求解
3.1.1 控制方程
3.1.2 数值方法
3.1.3 计算结果
3.2 二维湍流直接数值模拟研究
3.2.1 控制方程
3.2.2 数值方法
3.2.3 计算结果
3.3 本章小结
第4章 绕二维翼型的直接数值模拟
4.1 控制方程
4.2 坐标变换
4.3 空间离散
4.4 时间离散
4.5 算法推导
4.6 边界条件与初始条件
4.7 时空分辨率与网格
4.8 其他
4.9 计算结果
4.10 本章小结
第5章 绕三维机翼的直接数值模拟
5.1 控制方程
5.2 因式分解求解动量方程
5.3 FFT求解POSSION方程
5.4 时空分辨率
5.5 程序并行
5.6 计算结果（能量、耗散率、偏斜因子、平坦因子）
5.7 本章小结
结论
附录Ⅰ 二维绕流等值线图
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流体湍流及数值模拟研究综述[J]. 范月华,蒋崇文,高振勋,李椿萱. 力学与实践. 2016(01)
[2]转捩对压缩拐角激波/边界层干扰分离泡的影响[J]. 童福林,李新亮,唐志共,朱兴坤,黄江涛. 航空学报. 2016(10)
[3]低雷诺数NACA0012平面叶栅流场直接数值模拟[J]. 朱海涛,单鹏. 航空动力学报. 2013(02)
[4]马赫数为6的高超声速钝锥湍流边界层空间演化的直接数值模拟[J]. 董明. 空气动力学学报. 2009(02)
[5]二维涡轮叶栅流场的直接数值模拟[J]. 魏东海,邹正平,叶建,严明,陆利蓬. 航空动力学报. 2005(04)
[6]低雷诺数下翼型前缘流动分离机制的研究[J]. 叶建,邹正平,陆利蓬,杨琳. 北京航空航天大学学报. 2004(08)
[7]大涡模拟理论及其应用综述[J]. 王玲玲. 河海大学学报(自然科学版). 2004(03)
[8]低雷诺数下二维翼型绕流的流场特性分析[J]. 叶建,林国华,邹正平,陆利蓬. 航空动力学报. 2003(01)
[9]三维气固两相混合层湍流拟序结构的直接数值模拟[J]. 樊建人,郑友取,岑可法. 工程热物理学报. 2001(02)
[10]平面混合流拟序结构的直接数值模拟[J]. 傅德薰,马延文. 中国科学（A辑 数学 物理学 天文学 技术科学）. 1996(07)
硕士论文
[1]激波与障碍物相互作用的直接数值模拟研究[D]. 罗玉娟.浙江大学 2017
本文编号：3645200
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3645200.html
