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嵌边法出流条件在可压缩流直接数值模拟中的应用

作　者: 苏彩虹
导　师: 曹伟
学　校: 天津大学
专　业: 流体力学
关键词: 直接数值模拟嵌边法边界条件可压缩流
分类号: O35
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 57次
引　用: 3次
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内容摘要

直接数值模拟是目前研究流动问题的有效方法。由于计算域总是小于实际流动区域,选择恰当的边界条件是保证计算可靠的必要条件。对可压缩流,较常用的是基于特征关系的边界条件。但在非定常流的计算中,这种方法有时并不能给出令人满意的结果,特别是要求无反射的出流边界条件。其主要原因是,从特征关系角度看,只要是亚音速区,就总有入射特征波。除非能事先给出此波之值,否则总会有误差。而事先给出其值一般来说是不可能的。在实现无反射出流条件的方法中,有一种所谓的嵌边法(fringe method),也称缓冲区法、海绵区法等,其主要思想是:在出流处增加一段特殊区域——嵌边区,在该区域内,经过修正的Navier-Stokes方程可将出流扰动衰减至足够小以尽可能地减弱出流反射波的强度。该方法对不可压缩流的有效性已在实际应用中被证实。本文采用直接数值模拟的方法,以嵌边法为出口边界条件试算了亚、超音速平板边界层扰动波的演化、超音速流中涡的传播、亚音速平板边界层扰动在尾缘的绕射问题,证实了嵌边法在可压缩流的计算中,比一般基于特征波分析的方法,可以取得更接近于真正无反射边界条件的结果。特别是在亚音速情况更是如此。本文还提出了一种衡量边界条件是否有效的评判标准。最后讨论了嵌边法的参数选取问题。

全文目录

第一章绪论  6-11
  1.1 边界条件概述  6-7
  1.2 无反射边界条件(Nonreflecting Boundary Conditions)  7-9
    1.2.1 非局部边界条件  7-8
    1.2.2 局部边界条件  8-9
  1.3 本文的工作  9
  1.4 嵌边法原理  9-11
第二章控制方程及数值计算方法  11-17
  2.1 控制方程  11-13
    2.1.1 二维守恒型N-S方程  11-12
    2.1.2 方程的无量纲化  12-13
  2.2 计算方法  13-15
    2.2.1 通量分裂  13-14
    2.2.2 差分格式  14-15
  2.3 坐标变换  15-16
  2.4 边界条件  16-17
第三章嵌边法的应用算例  17-30
  3.1 亚、超音速平板边界层扰动波的演化  17-22
    3.1.1 亚音速平板边界层扰动波的演化  17-20
    3.1.2 超音速平板边界层扰动波的演化  20-21
    3.1.3 衡量边界条件的评判标准  21-22
  3.2 超音速流中涡的传播  22-25
  3.3 亚音速平板边界层扰动在尾缘的绕射问题  25-30
    3.3.1 问题模型及基本流的计算  26-27
    3.3.2 扰动演化情况  27-30
第四章嵌边法的参数选取  30-36
  4.1 嵌边区长度的选取  30-33
  4.2 其他参数的影响  33-36
第五章结论  36-37
参考文献  37-39
发表论文和参加科研情况说明  39-40
致谢  40

嵌边法出流条件在可压缩流直接数值模拟中的应用

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