基于混合笛卡尔网格的多种翼型绕流数值模拟

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目前,随着计算流体力学在工程实践中的应用越来越广泛,如何对复杂外形物体的绕流进行数值模拟已经成为必须要解决的问题。本文在研究了重叠网格处理技术的基础上,开发了一套自动化程度较高的网格生成方法,其能够对单物体或多物体自动生成混合笛卡尔网格。针对混合笛卡尔网格不能动态地跟随流场特征信息变化导致得到的结果精度不高的问题,本文发展了基于流场特征的笛卡尔网格自适应技术,选用速度旋度加散度为解自适应的判据,其中速度旋度用于捕捉剪切层,速度散度用于捕捉激波,大大提高了计算精度,并最终形成了自适应混合笛卡尔网格。除此之外,本文在对二维N-S方程进行数值求解时,空间离散上采用具有低数值耗散特性的AUSM+格式近似Riemann求解器,通过解的线性重构获得二阶精度,同时采用Venkatakrishnan限制器来抑制间断区域的非物理振荡,时间推进上采用了Runge-Kutta四步显式格式,湍流模型选取了对自由剪切湍流、附着边界层湍流和适度分离湍流都有较高计算精度的SST k-ω湍流模型。本文在进行算例验证时选取了不同类型的二维翼型,主要包含对称翼型、跨音速翼型、双翼型和多段翼型,通过文中计算结果与实验结果和文献结果的对比表明,混合笛卡尔网格生成方法和发展的可压流动数值计算求解器对各种翼型的绕流数值模拟都适用,尤其是在处理多段翼型时具有网格生成快捷自动、计算精度高、自适应能力强等优势。
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