高分辨率压力修正算法在全速流动中的研究与应用

采用高分辨率压力修正算法求解任意马赫数下的流动情形。在非正交适体曲线坐标系下采用了同位网格下的有限体积方法对控制方程离散,并以速度的协变物理分量作为基本求解变量。对流项差分格式使用一致精度高分辨率有界差分格式(UHRBS),该格式绝对稳定,满足有界性,并且具有三阶计算精度。该算法结合高分变率有界差分格式称为高分辨率压力修正算法。计算表明方法具有一致的计算精度,能适合任意马赫数下流体的流动情形。

可压缩全速湍流流动的边界数值处理方法研究

计算流体力学问题的边界条件处理方法关系到数值仿真结果的精确度。为解决算法的精度,提出了三维可压缩湍流流动的边界条件数值处理方法,对所研究的边界类型包括进口边界、出口边界和固体壁面,流动的速度范围涉及亚音速、跨音速和超音速。流场数值仿真采用SIMPLE算法,湍流采用k-ε模型仿真。将边界总结为沟通型和孤立型边界两种类型,对每一控制方程分别阐述特定的数值处理方法。应用提出的边界处理方法对单圆弧凸包通道进行数值仿真获得了合理的结果,跨音速和超音速情形下准确地计算出了流场中存在的激波。

基于预处理HLLEW格式的全速域数值算法

基于HLLEW(Harten-Lax-Van Leer-Einfeldt-Wada)格式引入预处理技术发展适合求解全速域流场的三维Navier-Stokes求解器.引入低速预处理技术,重新构造HLLEW格式的耗散项,给出预处理后的HLLEW格式,并根据预处理后的雅克比矩阵构造相应的隐式时间推进方程.利用预处理方法求解NACA 4412低速不可压流动与RAE 2822跨声速可压缩流动,并与实验结果及原有方法的计算结果对比.结果表明:预处理HLLEW格式不仅提高低速不可压缩流动的计算效率和精度,也保持了对可压缩流动的处理能力,是一种适用于全速域流场数值模拟的有效方法.

基于迎风隐格式的全速域数值算法研究

虽然迎风格式在亚跨音速、超音速及高超音速流动中取得了巨大成功,已形成较为成熟、可靠的理论和方法,但对低速流动的计算结果并不理想,因此为了采用基于迎风格式的时间相关法处理全速域流动问题,还需引入预处理的思想,解决低速区域的收敛问题。文中推导给出了引入预处理后的迎风R oe格式,并基于预处理后的雅可比矩阵构造了对角化的近似因子隐式时间推进,在结构化网格上求解流动控制方程组,采用的算法不仅提高了在低速区域的计算效率和计算精度,也保证了在亚跨、超音速区域的计算精度。研究表明,所给出的算法是一种适用于处理全速域流动问题的有效方法。

Van Leer格式在全速域范围的推广

通过对格式耗散项的修正将Van Leer格式推广至全速域流场求解范围。对格式耗散项的分析表明,在低马赫数流动情况下格式耗散项中不应包含声速项,以此为依据对Van Leer迎风分裂格式提出了耗散项的修正方法。结合对控制方程时间导数项的预处理,修正后的格式能够成功地模拟低速流动问题,同时在其他马赫数范围内也不损失格式的收敛性及求解精度。验证算例包括低速、亚、跨及超声速流场,计算结果表明修正后的格式能够有效地用于全速域范围内的流动问题的模拟。

一种全速域的计算方法及其应用

针对原可压缩流动求解器不能用于低速不可压缩流动预测的缺点,采用预处理技术对控制方程特征系统、隐式求解方法进行修正,并采用预处理修正的AUSM+-up格式离散对流项.采用修正后的求解器对无粘鼓包流动、顶盖驱动粘性方腔流动以及Laval(拉瓦尔)喷管流动等算例进行数值仿真,并将数值仿真结果与基准解进行对比.结果表明将预处理技术应用于全速域流动问题的求解是可行的,经预处理修正后的求解器能够用于低速、亚音速、跨音速以及超音速流动问题的求解.

迎风格式的低速预处理及远场边界影响研究

为处理低马赫数下的流动问题,在原来可压缩流动求解器的基础上,引入Weiss-Smith预处理,根据Roe通量差分分裂(FDS)思想,修改了Roe FDS中的耗散项,并基于预处理后的方程组系数矩阵的特征系统,重新构造了主对角占优的近似因子隐式时间推进(AFADI),然后考察了不同远场边界对低速流动的收敛性和计算精度的影响。计算结果表明:采用预处理后,合理的设置远场边界,可以进一步改善迎风预处理格式的收敛性和准确性;采用CVBC远场边界时的收敛性均好于SFBC边界;至于计算精度,如果远场离物面较近,采用CVBC边界准确性要高于SFBC;如果远场离物面足够远,采用SFBC作为远场边界也是可以的,与CVBC边界差别很小。

预处理AUSM+格式在全速域反应流模拟中的应用

对预处理修正的AUSM+(advection upwind splitting method+)格式进行了详细讨论,并将其应用于全速域范围内的化学反应流场数值模拟.基于多组分Navier-Stokes方程,结合控制方程时间导数项的预处理,采用预处理修正的AUSM+格式发展了一种模拟全速域范围内化学反应流场的有效算法.验证算例包括超声速、亚声速以及极低速情形的化学反应流场,计算结果表明基于预处理AUSM+格式发展的算法能够有效地用于全速域范围内化学反应流动问题的模拟.