热声板叠内低马赫数流动的数值方法研究

采用AUSMDV(P)格式研究热声制冷机板叠内的低马赫数可压缩流动问题,采用二阶隐式格式进行时间推进。考察了此格式在计算全马赫数可压缩流动问题上的准确性。并在此基础上,验证了界面质量流量采用AUS- MDV(P)格式求得,可以有效改善激波的捕捉能力;验证了格式中的预处理思想,解决了由低马赫数可压缩流动引起的压力和速度的失耦问题;验证了利用格式中将压力扩散的影响考虑到界面质量流量的方法,解决了由于激波的产生而引起的数值振荡和扩散问题。同时,分析了不同时刻,板叠附近沿轴线方向的速度变化以及封闭端附近速度随时间的变化规律。由模拟结果可以看出在t=0.065s时,活塞向左移动,此时速度u(0,0.065)<0,激波从封闭端向入口方向移动。在t=0.067s时,活塞向右移动,此时速度u(0,0.067)>0,激波从人口向封闭端移动。距封闭端x/L=0.98148,y/L=0.84处,不同时刻下,激波的出现会使速度急剧增大形成一个尖峰。为进一步探讨在新型制冷技术中广泛存在的流动和换热耦合的低马赫数可压缩交变流动问题奠定了一定基础。

微可压缩模型(SCM)与可压缩NS方程数值计算对比研究

本文开展了微可压缩模型与可压缩N S方程之间的对比研究。通过对层流平板边界层和椭球高雷诺数湍流绕流的数值模拟,比较了微可压缩模型和可压缩N S方程之间的计算精度和效率。计算结果表明,微可压缩模型和可压缩N S方程具有相同的计算精度,但是微可压缩模型具有更高的计算效率,内存和CPU时间都节省20%左右。

微可压缩模型预处理技术研究

微可压缩模型(slightly compressible model,SCM)是求解低马赫数流动的一种有效模型,SCM在求解过程中不必满足速度散度为零的条件,可直接应用时间推进方法求解得到不可压缩N-S方程的解.深入研究了该模型的效率和精度;为了提高收敛速度将预处理技术引入到该模型中,推导了预处理后的控制方程和特征系统,并构造了预处理后的通量.通过对圆柱绕流、方腔流动、NACA0012翼型和6:1椭球的数值模拟,一方面,进一步展示了SCM的可行性与健壮性,表明SCM适合于低马赫流动的数值模拟;另一方面,充分验证了预处理技术在微可压缩模型中的作用,一定程度上解决了低马赫数流动的收敛问题,并提高了求解的准确性和精度.这为SCM应用于工程实际创造了一定的条件.

声波衰减的数值模拟

为了采用计算流体力学方法对热声制冷机进行数值模拟,以突破热声热机现有计算方法的限制,基于压力修正算法的基本思想开发了用于模拟非稳态小马赫数可压缩流动的数值程序,并将其应用于声波衰减的数值模拟.对一维及二维声波衰减过程的模拟显示,数值计算的结果与声学理论的预测符合良好,说明了方法的正确性.