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传统浸入边界法的改进及其对不可压粘流的数值模拟

作　者: 李秋
导　师: 舒昌；陈红全
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 流体力学
关键词: 浸入边界法当地DFD方法不可压粘流圆柱绕流直角网格
分类号: V211
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文提出了一种新的数值计算方法来模拟不可压粘性流动,这种方法是针对传统浸入边界法的改进。传统浸入边界法采用的是直角网格,浸入边界对周围流场的影响是通过力的形式来体现的,通常的做法是把浸入边界上的集中力分布到其周围的流场中,在分布力的作用下,重新求解控制方程得到新的流场。通过不断地迭代,试图满足边界无滑移条件。传统浸入边界法的主要优势在于网格生成简单,效率高。同时它也存在两大缺点。一是有流线穿透的现象,二是边界附近精度很低。造成这两大问题的主要原因是在传统浸入边界法中无滑移边界条件只得到近似满足。受到当地DFD(Domain-Free Discretization)方法的启发,我们把当地DFD方法中边界处理的方式与传统的浸入边界法结合起来,这就是本文提出的新方法。这种方法的主要步骤是,先在规则的网格上求解流场控制方程,再去修正边界周围的速度场使得边界能够严格满足无滑移条件。最后,应用改进后的浸入边界法做了一定量的数值计算,模拟了多种雷诺数条件下的静态圆柱绕流和翼型绕流,也模拟了较为复杂的动边界问题,如不同频率条件下的圆柱振荡。上述算例的计算结果与前人的实验或数值结果相符合,从而验证了该方法的有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
图表清单  7-8
注释表  8-9
第一章绪论  9-13
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 本文的主要工作  11-12
  1.3 本文的内容安排  12-13
第二章传统浸入边界法  13-18
  2.1 基本方程组  13-17
  2.2 浸入边界法的基本步骤  17
  2.3 小结  17-18
第三章对传统浸入边界法的改进  18-24
  3.1 改进思路——当地DFD 方法  18-20
  3.2 本文提出的边界处理方法  20-23
  3.3 小结  23-24
第四章流场控制方程  24-36
  4.1 网格的划分  24-26
  4.2 标准Boltzmann 方法  26-29
  4.3 基于泰勒展开和最小二乘的格子Boltzmann 方法(TLLBM)  29-35
  4.4 小结  35-36
第五章数值结果  36-56
  5.1 静态圆柱绕流  36-43
  5.2 静态机翼绕流  43-49
  5.3 均匀来流中的圆柱横向振荡  49-56
第六章总结与展望  56-58
  6.1 总结  56
  6.2 展望  56-58
参考文献  58-62
致谢  62-63
在学期间的研究成果及发表的学术论文  63

传统浸入边界法的改进及其对不可压粘流的数值模拟

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