【摘 要】
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具有运动边界的流动问题在工程实际中有很广泛的应用,对此类问题的研究有着很重要的意义。当前数值模拟已成为流体力学研究的重要手段,但是在如何处理运动边界方面仍然面临很大
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具有运动边界的流动问题在工程实际中有很广泛的应用,对此类问题的研究有着很重要的意义。当前数值模拟已成为流体力学研究的重要手段,但是在如何处理运动边界方面仍然面临很大挑战。本文采用重叠非结构网格法通过求解不可压Navier-Stokes方程组来研究运动边界流动问题。
重叠非结构网格法是将计算区域分解为若干个相互有重叠区的子区域,然后在每个子区域独立生成非结构网格。本文的非结构网格采用三角形和四边形相结合的混合网格。在数值方法上,采用有限体积法对积分形式的N-S方程组进行空间离散,对流项采用二阶迎风格式离散,时间离散则采用Crank-Nicholson半隐式格式。速度与压力的耦合由SIMPLEC压力修正算法实现。由于采用同位网格技术,控制单元界面通量的计算引入动量插值方法(Rhie-Chow interpolation)来抑制可能引起的不合理压力振荡。控制方程在惯性系中求解,引入网格速度来处理运动网格。在网格重叠区,利用“挖洞”方法来确定内边界,采用相邻单元搜索方法确定内边界点与宿主单元间的对应关系。
本文首先计算了经典的圆柱绕流问题,包括静止圆柱绕流、旋转圆柱绕流和振动圆柱绕流。所得到的结果与其他研究者的实验或数值结果符合得很好,验证了程序的正确性。之后,对竖直振动翼型诱导的水平运动进行了数值研究,发现细长的、密度越大的翼型水平速度更容易达到同向的周期状态。此外也对扑翼运动和平板的涡诱导自旋运动进行了定性的研究。
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