基于动态对接网格的非定常流动计算方法研究

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本文将传统通常用于结构化网格的对接网格思想创新地运用到生成适用于求解旋转边界类非定常问题的非结构运动网格中,发展了一种非结构动态对接网格技术,对带旋转边界的非定常流动问题进行了数值计算方法的研究。针对带有旋转边界问题的特点,将计算区域的网格化分为运动区和静止区,在运动区和静止区采用阵面推进法分区生成非结构网格,将两个区的网格在对接边界处进行对接,并将对接形式作了改进,从而得到较高质量的运动网格,在每个非定常步的计算中形成一套整体计算网格。在运动区的运动网格中引入了弹簧近似假设,在边界旋转的基础上,进一步计入边界的弯曲、扭转等变形。 在流场求解中,采用可压缩非定常Euler方程作为流动的基本方程。采用格心格式的有限体积法对Euler方程作空间离散,用双时间方法进行物理时间推进,用四步Runge-Kutta方法作伪时间显式推进,同时采用当地时间步长、隐式残值光顺等加速收敛措施。为进一步提高计算效率,本文还对非结构多重网格算法进行了研究。编制了聚合多重网格的生成模块和流场求解模块,对M6机翼流场进行了计算,结果表明,聚合多重网格方法可以大大提高非结构网格的计算效率。 采用动态对接网格方法求解了翼型俯仰非定常流场,得出了比较好的结果;在国内首次基于非结构网格,将动态对接网格应用到直升机旋翼的前飞流场计算中,对接面的网格采用一种改进后的规则网格,计算结果与实验值及文献计算值吻合较好。 本文对国外提出的一种新型颤振激励器进行了较为详细的数值计算研究。通过对二维和三维模型的计算,对比了准定常和非定常结果,得到激振力随马赫数、开缝圆柱旋转速度之间的变化情况,并系统地研究了开缝圆柱的开缝圆心角、直径、距后缘距离、形状等参数以及开缝长度和开缝形式对激振力大小的影响,评估了装置对机翼流场的影响程度,得出了一些有用的规律和结论,对工程应用具有指导意义。
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