非定常旋转问题Euler/N-S方程数值模拟研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:yingying0615
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本文围绕非定常旋转绕流的数值模拟问题,分别基于动网格方法和基于旋转坐标系的方法,开展了求解二维Euler/N-S方程的计算研究。本文针对NACA0012翼型振荡和粘性流体中旋转圆柱这两种旋转绕流现象,采用CFD的方法数值模拟,通过双时间步长的方法来求解不同时刻的流场信息。为了实现非定常的数值模拟,本文首先研究了定常流场的数值模拟,并通过编写Euler/N-S方程的计算程序,成功模拟了定常情况下翼型的流场,为进一步研究作了铺垫。本文基于二维结构网格,采用Jameson中心格式的有限体积法和四步Runge-kutta时间推进格式,结合选用的S-A一方程湍流模型,编制了对应的求解定常Euler/N-S方程的计算程序;接着,分别采用动网格方法和旋转坐标系方法,把发展的定常程序改写为用于求解非定常旋转绕流问题的计算程序,选用的时间方法为双时间步长,通过两种不同的方法都能实现旋转物体的绕流模拟,两种方法各有长处。动网格方法能有效地处理边界运动和变形的非定常问题。本文针对旋转绕流中的物体的旋转运动,采用了动网格方法来模拟,在网格更新方法中为了方便,考虑物体只做旋转运动,网格的更新方法采用了整体网格随物体旋转一起更新的方法,这种方法不存在网格的变形与拉伸,省去很多计算,并且产生的误差也不大。采用动网格方法,本文分别对NACA0012翼型振荡进行了无粘/有粘数值模拟,并且对粘性流体中旋转圆柱这一非定常问题进行了数值模拟,都取得了令人满意的结果。旋转坐标系方法则在处理旋转问题时有自己的优势。旋转坐标系方法是将坐标系固连于旋转物体上,使之随物体一起旋转,这样物体旋转时网格则是相对静止的,在处理旋转非定常问题时,网格就不需要更新了,省去了大量了网格生成和变形的计算。采用旋转坐标系的方法,本文成功模拟出NACA0012翼型振荡和粘性流体绕旋转圆柱这两种典型的非定常流动现象,结果证明了旋转坐标系方法在处理旋转问题的可行性。
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