基于人工可压缩方法的方柱绕流数值模拟

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采用数值计算手段实现对流动现象的模拟,是近年来流体工作者努力的目标.鉴于钝体绕流在理论研究和实践中所具有的重要意义,该文尝试采用人工可压缩方法和有限体积离散方法,实现对方柱绕流流场的数值模拟.基于CFD基本理论知识和常用数值计算方法,该文选取不可压N-S方程作为控制方程.同时,为了使编写的求解程序具有广泛适应性,该文对方程进行了无量纲化处理.鉴于常用不可压N-S方程求解方法中存在的速度和压力耦合问题,该文采用人工可压缩方法进行求解,极大的简化了求解过程,使程序设计简单化.为了求解泛定方程,该文在分析模拟对象流动特征的基础上,给出了相应的定解条件,包括初始条件和边界条件.要数值求解流动问题,必须先对微分控制方程在计算域上进行离散.根据计算对象的特征,该文采用直接法生成矩形均匀网格,对压力、速度采用同位配置,并对有限体积网格所涉及的要素进行设置.在前面论述基础上,该文开发了几组程序来分别实现对流动的求解和结果的显示.利用计算程序,该文首先对方柱绕流流动进行求解,成功模拟了方柱绕流层流阶段的流动和涡街阶段(Re=100)方柱尾流的周期性变化现象.同时,利用程序对后台阶绕流流动进行计算,验证了后台阶绕流回流长度和雷诺数有关的结论.另外,该文也对人工耗散系数和人工可压缩系数对数值计算的影响进行了实验.虽然该文的模拟得到了初步的结果,但由于处理方法、时间等的限制,计算结果不很理想,有待于进一步的研究和完善.最后,该文对论文过程中的经验和不足进行总结,以资后续研究者借鉴.
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