文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
非结构动网格下非定常气动力计算和嗡鸣研究
姓名:史爱明
申请学位级别:硕士
专业:流体力学
指导教师:杨永年
20030201
摘要非定常流场解算器研究了舵面的跨音速单自由度颤振——“嗡鸣”。在非结构运动网格技术方面,本文发展了一种适用于解决非定常气动力计算的、高效的、鲁棒性较好的非结构运动网格方法。在现有的经典线性弹簧方法的基础上,通过对网格单元边、面和体的考虑,引入了对线性弹簧倔强系数诸如抗拉、抗扭和抗压等多种修正方法。在计算量增加不多的情况下,大大的提高了非结构运动网格的适应性,具有一定的工程实用价值。在流场求解技术方面,本文在时间推进上采用全隐式的双时间推进方法:步方法作显式的拟时间推进,同时采用当地时间步长、隐式残值光顺等加速收敛措施;求解了二维亚、跨、超音速的非定常流场和三维无后掠在气动弹性问题方面,本文采用能量法分析和研究了嗡鸣。从非定常流场计算出发系统的研究了嗡鸣发生的机理以及扰流片对嗡鸣起抑制作用的机理:本文主要进行了非结构运动网格技术的研究,并采用了全隐式双时削的时间离散方法和格心格式空间离散的中心有限体积法对二维翼型和三维机翼以及翼身组合体的非定常流场进行了数值模拟;并结合基于非结构运动网格技术的在空间上采用格心格式的有限体积法对非定常匠探锌占淅肷ⅲ盟机翼、机翼、翼身组合体的非定常流场。非定常流场的计算结果与实验结果符合的很好说明本文非定常流场计算正确,非结构运动网格可靠、鲁棒性好。应用能量法确定了嗡鸣发生的边界;并且研究了机翼舵面之间有隔膜和无隔膜以及机翼上有上翼扰流片和无上翼扰流片对嗡鸣发生边界的影响;得出了有意义的结论。关键词:非结构动网格、线性弹簧法、双时间,匠獭⑽宋亍⑷帕髌西北工业大学硕貉宦哿
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第一章绪论§引言流体力学的网格生成技术也获得了飞速的发展。在结构网格方面,出现了代数前,计算流体力学工作者正致力于研究和发展更高精度滓陨的计算格的产物。二十多年来,随着计算机性能的飞速提高以及数值计算方法的不断发展,计算流体力学技术上已经鞒墒臁S肓魈辶ρУ氖笛檠芯肯啾龋扑懔体力学所采用的数值模拟方法具有设计周期短、成本低、通用性好的优点。目前,计算流体力学作为一种基本的研究方法和设计手段已经逐步进入了航空、航天、船舶、气象、能源、建筑等许多应用研究领域川【。尤其是在航空、航天领域里的飞行器气动设计中,流体力学的数值模拟、理论推导和实验研究这三研究的不断深入与发展。计算流体力学经历了数值求解拉普拉斯方程、小扰动速势方程、全速势方程、欧拉方程和猄方程等发展阶段。世纪年代以前,由于受计算机水平的限制,计算流体力学的数值模拟主要以求解拉普拉斯方程、小扰动速势方程、全速势方程为主,其中有代表性的是基于线性升力面理论的面元法以及有限差分法求解小扰动速势方程和全速势方程。在随后的二十多年中,由于计算机技术发展的推动,通过广大计算流体力学工作者的努力,计算流体力学在求解匠毯蚇—匠桃约笆的D飧丛恿鞒》矫嫒〉昧酥卮笸黄啤T诖似随着诸如袷健格式、格式等高精度、、漩涡等复杂问题的模拟能力也有了很大的提高。目式和方法,以适应更精细、更复杂的流动研究和设计的需要。,它是计算机科学、流体力学和计算数学相结合大研究手段相互补充、相互促进、相互验证,推动着航空航天技术和流体力学间,计算流体力学数值模拟的方法以有限差分法、有限体积法、有限元法为主。西北。业大学坝二徊镆
§非结构网格生成方法的发展概况生成网格法、解偏微分方程生成网格法、保角变换法等多种网格生成方法,网多种非结构网格生成方法。近年来,各种类型的结构、非结构杂交网格技术更是层出不穷,使计算流体力学解决复杂流动和精细流动问题的能力有了很大的以计算流体力学扑憬峁沽ρ为基础,数值模拟流固耦合问解问题的密切程度,提出了学科间紧耦合退神詈母拍睢K浇赳詈希侵附魈搴凸烫蹇刂品匠毯闲闯赏骋坏挠邢元形式,将虲程序合并成一个整体,在每个时间步同时求出所有变量;而松耦合则是每个时间步先后分别计算虲程序。松耦合方法易于实现并且能够利用现有技术,应用较广,尤其是模拟已知物体运动状态的非定常气动力的’隋况。等人的其它研究工作还有二维和三维外挂物分离【俊⑷úㄓ胙谔宓南嗷プ饔谩⒎尚性薄⒆斡朐鼗姆掷隱、全机外开绕流【辏黾泳植恐毓雇穹椒D獾贩阑ふ峙卓5难芯抗计算网格的生成技术一直是计算流体力学研究的一个重要分支,是计算流体力学走向工程实用阶段所必须面临的关键技术之一。适合工程使用的网格生成技术应该具备以下特点:格类型也由单一的屯瘛型网格、屯穹⒄沟