【摘 要】
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不可压流湍流的流动形式在实际生活中广泛存在,其有着重要的研究意义。在计算流体力学中,已经分别针对不可压流与湍流开发了许多计算方法。经过对现有计算方法的梳理研究,采用近些年新开发的侧偏平均脉动速度湍流模型(PAFV)对平板湍流边界层进行仿真,并与B-L、S-A、Chien’s k-ε、SST k-ω湍流模型进行比较,论证了PAFV模型的有效性与实用性。将PAFV模型分别与人工压缩和矢通量分裂结合的方
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不可压流湍流的流动形式在实际生活中广泛存在,其有着重要的研究意义。在计算流体力学中,已经分别针对不可压流与湍流开发了许多计算方法。经过对现有计算方法的梳理研究,采用近些年新开发的侧偏平均脉动速度湍流模型(PAFV)对平板湍流边界层进行仿真,并与B-L、S-A、Chien’s k-ε、SST k-ω湍流模型进行比较,论证了PAFV模型的有效性与实用性。将PAFV模型分别与人工压缩和矢通量分裂结合的方法求解不可压流,排除了不同压力求解方法对结论的影响。在文中首先对人工压缩与矢通量分裂结合的方法进行了详细的推导,给出了在一般坐标系中的表达式。借助Gao-Yong湍流模型以及雷诺平均模式中KDO湍流模型,给出了不可压流PAFV模型的推导及其一般坐标系中的表达式。同时给出了压力泊松方程以及其他模型的公式。接着根据所推导出的公式,运用Python语言进行编程,程序主体利用矩阵形式给出,以减少计算时长。给出了其网格生成、时间项离散的具体方法。并采用差分格式进行离散,其中对流项根据特征值的正负采用不同的迎风格式,对应力项采用了向前差分,应力梯度项采用了向后差分,以此提高了粘性项的精度。采用当地时间步法,以加快程序收敛速度。并给出了程序的具体框架以及初始状态和边界条件的具体设置。最后以不可压流湍流平板边界层为算例,证明了人工压缩与矢通量分裂结合算法和PAFV湍流模型的有效性与精确性。并讨论了在公式推导过程中各个参数以及模型中各项对仿真结果的影响。文中针对同样的算例分别介绍了B-L、S-A、Chien’s k-ε、SST k-ω湍流模型、压力泊松法进行了比较。可以看出人工压缩与矢通量分裂结合算法在收敛性上优于压力泊松方法。PAFV模型在在粘性底层与过渡层的仿真精度要优于其他模型,但在对数层的精度要低于SST k-ω模型。
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