基于混合笛卡爾網格方法的非定常流動問題研究.pdf

1、混合笛卡爾網格方法在近物面區(qū)域使用貼體形式的結構/非結構網格，在外部計算區(qū)域自動填充笛卡爾網格，將笛卡爾網格方法中物面邊界難以處理的問題轉化為不同網格系統(tǒng)之間的信息傳遞。該方法綜合了貼體結構/非結構網格與笛卡爾網格的優(yōu)點，在處理含有復雜幾何外形、復雜流動特征以及非定常流動現象的問題中具有廣闊的應用前景。使用混合笛卡爾網格方法進行流場數值模擬的難點在于混合網格的生成方法與裝配方式，現有的混合網格類方法已經能夠成功地模擬各類定常流動問題，但

2、在非定常流動問題的模擬中仍需要進一步的研究。本文致力于發(fā)展準確、高效的混合笛卡爾網格快速生成與裝配方法，發(fā)展可用于復雜流動問題的全速域流場數值計算方法。
　　首先，開展了混合自適應笛卡爾網格生成與算法研究。通過對洞映射方法、割補法的研究，建立了一種新穎的“逆向”方式混合笛卡爾網格生成技術，同時采用“貢獻單元”方法進行網格交接面的信息傳遞。基于高效的Alternating digital tree(ADT)搜索算法對上述兩步過程進行

3、了加速處理，并發(fā)展了一種改進的壁面距離計算方法。在混合笛卡爾網格框架下，結合網格自適應技術與低速預處理算法，發(fā)展了全速域有限體積雷諾平均Navier-Stokes（RANS）方程的求解技術。通過網格生成實例和典型定常粘性流動問題的研究，驗證了混合笛卡爾網格生成技術及流場求解算法的魯棒性和高效性。
　　其次，開展了包含復雜非定常流動現象的固定邊界繞流問題研究。結合動態(tài)自適應網格加密技術、雙時間步LU-SGS隱式時間推進與非定常預處理

4、方法，發(fā)展了非定?；旌系芽柧W格方法。針對三維高雷諾數大分離流動，開展了基于SST k-ω湍流模型的DES技術研究。非定常數值模擬過程中，保持近壁面的貼體網格不變，使用網格自適應技術根據流場特征調整外圍笛卡爾網格尺度，精確地捕捉非定常復雜流動現象。通過低速大迎角三角翼繞流與大迎角橢球繞流的數值算例研究，表明了耦合DES技術的動態(tài)自適應混合笛卡爾網格非定常方法實現了大分離非定常旋渦主導流動的準確模擬。
　　最后，開展了含運動邊界問題

5、的非定?；旌系芽柧W格方法研究。主要提出了基于交接面距離的背景笛卡爾網格動態(tài)調整與更新技術，將定常方法中的“貢獻單元”信息傳遞方式拓展至二維非定常運動邊界問題。通過對圓柱旋轉繞流、翼型小幅度振蕩與大迎角動態(tài)失速，以及翼型沉浮問題的數值模擬研究，驗證所發(fā)展的處理方式是準確有效的。耦合剛體運動方程，將該算法應用于多體大位移運動邊界流場，研究了外掛物體投放問題。在二維工作的基礎上初步探索了三維運動邊界問題的求解，通過Caradonna-Tun