二维N-S方程的EFG数值模拟及其应用研究
[Abstract]:The Navier-Stokes equation (abbreviated as Nus equation) has a high degree of non-linearity and can hardly obtain the exact solution. Therefore, the numerical method for solving the Nus equation has become a hot topic in the field of research. At present, the main numerical methods are: finite element method, finite volume method and finite difference method, but these methods have many problems such as grid distortion, computational instability, numerical oscillation and so on. Therefore, it is necessary to provide an efficient and stable numerical calculation method for solving the Navier-Stokes equation, which limits the accuracy and efficiency of the calculation. Meshless Galerkin (Element-free Galerkin,EFG) method is a new computing method which only needs node information. It can construct higher-order field functions, get rid of the constraints of discontinuity to the problem, and has the advantages of higher smoothness and so on. The main contents of this paper are as follows: (1) the penalty factor method is used to deal with the pressure term in the Navier-Stokes equation, and its engineering application is studied in this paper. The main contents are as follows: (1) the penalty factor method is used to deal with the pressure term in the Nus equation. The discrete matrix form of the EFG method for the two-dimensional Navier-Stokes equation is obtained. The feasibility of the proposed algorithm is verified by an example. The effects of the number of Gao Si points, the scaling coefficient and the Reynolds number of the fluid on the calculated results are discussed. Compared with the finite element results, the results show that the EFG method has good convergence rate and calculation precision. (2) the different methods of dealing with the essential boundary conditions in the EFG method, that is, Lagrangian multiplier method (LMM), are discussed. The effect of penalty function method (PM), coupled finite element method (FEM-EFG) on the calculation results of the Nus equation is compared with that of the finite element method. It is shown that the relative error between the LMM method and the finite element solution is the smallest. The relative error of PM method is the largest, and the result of FEM-EFG method is very close to that of LMM method. At the same time, the influence of penalty factor on the accuracy of calculation is discussed when PM method is applied with boundary conditions. The results show that adjusting the penalty factor can effectively improve the simulation accuracy. (3) the convective term (inertia term) in the airfoil and projectile flow field will cause the numerical instability problem. Combining the advantage of EFG method which only needs node information and upwind stabilization algorithm, an eccentricity support domain for calculating points is constructed and applied to the simulation of NACA0012 airfoil and projectile flow field, which effectively avoids the phenomenon of numerical oscillation. The calculation precision is improved. In this paper, the EFG method and the EFG method with eccentricity support domain are used to solve and analyze the two-dimensional Navier-Stokes equation. The results show that the EFG method has the characteristics of stable calculation, high precision and fast convergence. The conclusion has certain theoretical reference and application value for fluid research and its engineering application.
【学位授予单位】:湘潭大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O241.82
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,本文编号:2452804
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