基于非结构动网格的激波装配/捕捉统一求解方法

发布时间：2022-12-18 11:06

　　激波是可压缩流动中的一种重要间断现象,越过激波流动参数发生突跃,而且随之还有机械能的损失,是个不可逆的过程。在含有激波的流动模拟中,对于激波的处理是极为重要的。激波装配方法是一种古老的激波求解方法,其理论基础较为清晰合理。在计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）发展的初期就已经被用于来处理含有激波的可压缩流动。在处理含有简单激波的流动时,激波装配有着较为突出的优点。但是,采用装配方法处理复杂激波流动时,其应用过程比较复杂,计算中人工干预较多,难以建立统一的求解程序,后来逐渐被自动化程度较高的激波捕捉方法所取代。作为目前最为流行的一种计算手段——激波捕捉方法从诞生之日起,相关科研工作者就一直在通过各种各样的努力来提高其计算激波的质量。从1983年总差变减小格式（Total Variation Diminishing,TVD）的提出,激波捕捉方法在过去的三十多年里取得了许多突破性进展,各种基于TVD思想的高精度捕捉算法被巧妙地构造处出来,在科学工程上得到了广泛应用。但是,在巨大成功的背后还是存在大量“不确定因素”,许多问题仍然悬而未决。这些在光滑区... 

【文章页数】：187 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 激波的认识历程
    1.3 激波捕捉方法
    1.4 激波装配方法
    1.5 本文研究思路及工作
        1.5.1 研究思路
        1.5.2 研究工作
2 激波捕捉求解器
    2.1 引言
    2.2 计算方法
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 空间离散格式
        2.2.3 时间离散格式
        2.2.4 边界条件
        2.2.5 刚体动力学耦合计算
        2.2.6 网格变形算法和离散几何守恒律
    2.3 UDMs求解过程简介
    2.4 算法验证
        2.4.1 民机外形三维绕流
        2.4.2 外挂物投放
    2.5 本章小结
3 非结构边界激波装配方法
    3.1 引言
    3.2 非结构边界激波装配方法
        3.2.1 装配流场初始化
        3.2.2 间断边界条件确定
        3.2.3 激波节点运动
    3.3 算例验证
        3.3.1 激波管问题
        3.3.2 钝头体问题
        3.3.3 正规反射
        3.3.4 马赫反射
        3.3.5 激波/涡相互作用
        3.3.6 整流罩分离
    3.4 本章小结
4 嵌入式激波装配方法
    4.1 引言
    4.2 嵌入式激波装配方法
    4.3 嵌入式激波装配方法在格心型有限体积法中的应用
        4.3.1 嵌入式激波装配方法和非结构边界激波装配方法的比较
        4.3.2 激波节点参数及运动法向确定
        4.3.3 间断面元通量计算
    4.4 基于特征线理论的辨识方法
        4.4.1 特征线理论
        4.4.2 基于特征线理论的辨识法在嵌入式激波装配方法中的使用
    4.5 算例验证
        4.5.1 等截面通道内激波运动
        4.5.2 NACA 0012翼型绕流
        4.5.3 激波相交和反射
        4.5.4 激波/涡相互作用
        4.5.5 斜激波动态生长
        4.5.6 高超声速圆柱绕流
        4.5.7 空气中球形炸药的爆炸
    4.6 本章小结
5 非结构激波装配方法的三维应用
    5.1 引言
    5.2 激波初始位置确定
    5.3 含有一个激波的三维问题
        5.3.1 UBFs模拟高超声速球柱绕流
        5.3.2 MCFs确定返回舱配平特性
    5.4 含有多个激波的三维问题
        5.4.1 管内激波反射
        5.4.2 球柱锥组合体超声速绕流
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
附录A 一般状态方程下Riemann问题的近似解
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]双重加权实质无波动激波捕捉格式[J]. 宗文刚,邓小刚,张涵信.  空气动力学学报. 2003(02)
[2]用非结构动网格技术计算确定再入飞行器配平攻角[J]. 郭正,瞿章华,刘君.  空气动力学学报. 2004(03)
[3]双曲守恒律方程的加权本质无振荡格式新进展[J]. 徐振礼,刘儒勋,邱建贤.  力学进展. 2004(01)
[4]非结构动网格在三维可动边界问题中的应用[J]. 郭正,刘君,瞿章华.  力学学报. 2003(02)
[5]计算激波的高精度数值方法[J]. 袁湘江,周恒.  应用数学和力学. 2000(05)
[6]高精度非定常激波装配法[J]. 张玉东,傅德薰,马延文,李新亮.  计算物理. 2007(05)
[7]飞船返回舱高超声速气动特性的风洞实验分析[J]. 陈河梧.  航天器工程. 2008(05)
[8]大型弹性整流罩分离特点分析[J]. 马忠辉.  中国科学（E辑:技术科学）. 2009(03)
[9]飞行器外挂投放数值模拟[J]. 唐志共,李彬,郑鸣,邓有奇.  空气动力学学报. 2009(05)
[10]高超声速飞行器[J]. 张丽静,刘东升,于存贵,何庆.  航空兵器. 2010(02)

博士论文
[1]非结构网格有限体积法的空间离散算法研究[D]. 张帆.大连理工大学 2017
[2]包含运动界面的爆炸流场数值模拟方法及其应用[D]. 白晓征.国防科学技术大学 2009
[3]有相对运动的多体分离过程非定常数值算法研究及实验验证[D]. 王巍.国防科学技术大学 2008
[4]包含运动边界的多体非定常流场数值模拟方法研究[D]. 郭正.中国人民解放军国防科学技术大学 2002



本文编号：3721941