预处理AUSMDV格式在微型扑翼绕流数值模拟中的应用

由于微型扑翼的低速低雷诺特性,对其粘性绕流的数值模拟存在较大困难。传统的中心空间离散格式不具有格式耗散而需要加入带有自由度的人工耗散,给计算带来不确定因素;此外,在低速低雷诺条件下,RANS方程组的条件数太大,导致计算收敛缓慢甚至不收敛,需要引入预处理方法加速收敛。本文使用具有低耗散特性的AUSMDV空间离散格式结合预处理方法对扑翼的非定常粘性绕流进行了数值模拟,非定常推进采用了含双时间迭代的LU-SGS隐式时间推进,湍流模型采用了BL模型。计算结果表明,加入预处理能够克服AUSMDV格式难以收敛的缺点,并且与中心格式相比,基于预处理的AUSMDV格式能够更准确地模拟扑翼的非定常粘性绕流,通过将本文计算结果与文献结果对比验证了本文方法的有效性。在此基础上研究了扑翼相关参数对气动特性的影响,对进一步了解扑翼气动力产生机理,指导扑翼的气动设计具有参考价值。

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。

细长弹体横向超音速喷流数值模拟

采用AUSMDV迎风格式空间离散三维定常可压缩NS(Navier-Stokes)方程组,数值模拟了带有横向超音速喷流的尖拱弹体流动。分析了干扰流场涡结构、波系结构以及干扰流场对弹体气动特性的影响,给出了物面极限流线图谱。结果表明,喷流上游的高压区与下游的低压区产生附加的气动力,将物面压力分布与试验结果进行比较,二者具有较好的一致性。