当地DFD方法向RANS湍流模拟推广的研究

发布时间：2020-10-30 17:13

　　 本文将当地DFD(Domain-free Discretization method)法与RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)方程相结合模拟高雷诺数湍流。当地DFD法中,偏微分方程在解域内节点上的离散形式可能包含解域外的点,这些解域外的点称为外部相关点。对于非定常可压缩流动的控制方程的求解,空间离散采用Galerkin有限体积法,时间离散采用双时间步格式,虚拟时间推进采用五步龙格-库塔格式。利用Werner-Wengle壁面函数或Mason壁面函数,将无滑移边界条件转化为无穿透边界条件以及壁面切应力,降低对近壁网格尺度的要求。外部相关点上的法向速度分量通过无穿透条件和沿着壁面法向的线性插值计算得到,切向速度分量通过壁面函数求得的壁面剪切应力计算得到。外部相关点上的压强通过求解简化的动量方程获得,温度、层流粘性系数、密度分别通过Crocco-Busemann关系、Sutherland公式和状态方程求得。为使流动方程封闭,使用SST湍流模型和S-A湍流模型。SST湍流模型方程中的湍流变量在外部相关点上的值通过该方程在近壁处的解析解获得,S-A湍流模型方程中的湍流变量利用近壁处的涡粘系数的解析表达式得到。为了提高计算效率,采用动态网格自适应技术模拟动边界流动问题。为了验证本文所发展方法的可靠性,进行了绕NACA0012、RAE2822翼型和ONERA M6机翼的高雷诺数湍流流动的数值模拟,模拟结果与实验结果吻合良好。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O35
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究现状
    1.2 本文的工作及内容安排
第二章 控制方程与基本数值方法
    2.1 控制方程
    2.2 空间离散
    2.3 时间离散
    2.4 时间步长
    2.5 人工耗散
    2.6 远场边界条件
    2.7 湍流模型
    2.8 三维流动的控制方程
    2.9 小结
第三章 当地DFD方法向湍流RANS模拟的推广
    3.1 网格节点的分类
    3.2 虚拟点的定义
    3.3 外部相关点上平均流动变量的计算
    3.4 外部相关点上湍流变量的计算
    3.5 多值点的处理
    3.6 三维问题的推广
    3.7 小结
第四章 动态网格自适应
    4.1 网格自适应处理方案
    4.2 网格自适应准则
    4.3 网格单元的加密和稀疏
    4.4 小结
第五章 数值实验
    5.1 NACA0012翼型亚音速绕流
    5.2 RAE2822翼型跨音速绕流
        5.2.1 实验工况9
        5.2.2 实验工况10
    5.3 振荡NACA0012翼型的跨音速绕流
    5.4 ONERA M6翼型跨音速绕流
    5.5 小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 未来展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文

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本文编号：2862773