二维圆柱层流绕流及其控制数值模拟

采用有限体积法求解二维N-S方程,通过改变时间、空间计算参数,对雷诺数100的二维圆柱非定常流场进行了数值模拟,将所得结果与实验数据以及已有的计算结果进行了对比。并对在尾部多个位置加入不同长度阻隔板控制流动的圆柱流场进行了考察。结果发现:在合适的位置放置阻隔板,可以有效抑制尾迹中涡脱落的形成。

局部时间步法在低马赫燃烧模拟中的适用性研究

在复杂燃烧模拟中由于整场流速的不均匀性和局部网格尺寸的差异,各局部流场区域的CFL数差异较大.传统的基于整场最大CFL数定义的整体时间步法严重制约计算效率.本文首次考察了基于当地CFL数限制的局部时间步法在低马赫数湍流燃烧模拟中的适用性.对开放空间中甲烷池火(1065万网格)和封闭空间建筑火灾(320万网格)的大涡模拟表明,采用局部时间步法相比于整体时间步法分别实现了6倍和8倍的加速比.加速比随网格尺度减小呈增加趋势.研究进一步从两个方面验证了局部时间步法在低马赫数燃烧模拟中的准确性:①与实验数据的对比表明,由于低马赫数燃烧的准稳态特性,局部和整体时间步法均较为准确地预测了温度的时间变化特性;②对时均流场的比较表明,除微量痕迹物(质量分数小于0.1%)以外,两种方法对时均温度、时均速度和氧气体积分数的预测差异均较小.研究中还对现有的PaSR湍流燃烧模型和压力求解算法进行了改进和优化,以分别提高其物理准确性和鲁棒性.

自适应大时间步长格式在一维浅水方程中的应用

针对一维浅水方程提出了一种自适应大时间步长格式,依据波头与波尾传播速度差的绝对值,确定稀疏波近似波数。当波头与波尾速度相近时,稀疏波采用双波近似,以提高计算效率;当波头与波尾速度差距较大时,稀疏波采用十波近似,以获得较高计算精度。同时通过数值结果对比发现随机选取法(random choice method,RCM)可以有效抑制平台区域的震荡,但随着Courant-Friedrichs-Lewy(CFL)数和时间的增加,RCM对间断处短波震荡抑制效果逐渐减弱。

一维浅水流动的一种大时间步长数值格式

针对一维浅水方程提出了一种大时间步长格式(LTS),使用这种大时间步长格式可以获得较高的分辨率和计算效率。这种格式最初是由LeVeque提出来的,最近被用于空气动力学的欧拉方程组。在本格式中,传统的近似黎曼求解器被替换成精确黎曼求解器与行波法相结合。当CFL数小于1时,稀疏波采用单波近似就取得了很高的分辨率,但是当CFL数大于1,必须采用两波近似才能保证计算结果是正确的。相比于本格式在空气动力学中的应用,这里采用了更加简化的方法。在空气动力学中,通过等熵流条件来获得稀疏波近似状态变量的值,而在本格式中直接采用波头与波尾的平均。结果证明,采用这种简化对结果没有影响。当CFL数大于10的时候必须对波相撞进行处理以保证结果正确,但是仍然有振荡存在。当CFL数大于15时结果就失真了。通过比较,CFL数在5以下本格式能取得较高的分辨率和计算效率,大于5时,振荡会越来越大,计算效率提高也有限。