大渦模擬濾波網(wǎng)格尺度研究及其應(yīng)用.pdf

1、隨著計算機(jī)性能的不斷提高，數(shù)值模擬方法在湍流研究中的重要性也在不斷增強(qiáng)。在各種數(shù)值模擬方法中，大渦模擬方法是現(xiàn)階段計算機(jī)水平下，對復(fù)雜流動進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測的最有效途徑之一。大渦模擬濾波網(wǎng)格分布與計算質(zhì)量有著直接聯(lián)系，在現(xiàn)有的亞格子應(yīng)力模型仍存有局限性的情況下，改進(jìn)網(wǎng)格分布、以在盡可能小的網(wǎng)格總數(shù)下得到較好的網(wǎng)格分布，仍有著極為重要的意義。而在網(wǎng)格疏密的準(zhǔn)則方面，目前僅在邊界層區(qū)域有所依據(jù)。因此，本文目的為研究大渦模擬濾波網(wǎng)格的分布規(guī)律，并建

2、立以特征頻帶湍動值新概念為標(biāo)志的網(wǎng)格疏密準(zhǔn)則，以在計算條件所允許的盡可能小的計算量下，改進(jìn)大渦模擬的計算質(zhì)量。為了驗(yàn)證該方法，對經(jīng)典的后臺階流動與離心葉輪流道計算進(jìn)行了大渦模擬計算和網(wǎng)格調(diào)整，在調(diào)整后的網(wǎng)格上得到了更接近于實(shí)驗(yàn)值的計算結(jié)果。同時，通過流場分析，了解各典型流場中各空間位置處湍動能的能譜分布及其對應(yīng)的渦尺度大小。主要有以下內(nèi)容與創(chuàng)新： 一.提出一種基于局部空間湍流能譜分布的調(diào)整局部濾波網(wǎng)格尺度的新理論與方法，該方法成

3、功地應(yīng)用于大渦模擬中，經(jīng)與若干算例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，被證明在少量增加網(wǎng)格數(shù)量的情況下，可有效地提高計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。 二.使用小波分析方法對信號能譜分布和濾波網(wǎng)格尺度間關(guān)系進(jìn)行了研究。以局部速度信號隨時間的變化歷程為對象，以能量比例閾值劃分出特定頻帶的信號成分。憑借小波分析方法的時空雙局域性功能，同時得到此頻帶信號成分的特征頻帶名義頻率和特征頻帶速度幅值兩方面特征。為了尋找能描述濾波網(wǎng)格尺度的適宜準(zhǔn)則，在上述分析的基礎(chǔ)上，首次提出

4、了特征頻帶湍動值概念。此新概念與已有的描述流場湍動情況的參數(shù)(如湍流度)不同。它所研究的對象是某個頻帶區(qū)內(nèi)的信號成分。該新概念能更好地描述流動的能量在不同時間(或空間)尺度上的分布。據(jù)此可以調(diào)整濾波網(wǎng)格尺度。這種網(wǎng)格布置方法，可以在能量的層面上，充分考慮被濾波部分信號對計算結(jié)果的影響。 三.根據(jù)所提出的特征頻帶湍動值，對局部信號濾波網(wǎng)格的適宜尺度進(jìn)行量化計算。其結(jié)果表明，特征頻帶湍動值數(shù)據(jù)能夠合理地反映局部湍動能譜的頻率分布與尺

5、度之間的關(guān)系，并可廣泛用于各種雷諾數(shù)和物理邊界條件下的大渦模擬計算中。 四.根據(jù)上述理論和計算方法，編制相應(yīng)的程序，該程序具有整場特征頻帶湍動值分析與濾波網(wǎng)格調(diào)整功能。應(yīng)用該程序?qū)蓚€參數(shù)差異較大的后臺階流動進(jìn)行大渦模擬計算，并對其進(jìn)行網(wǎng)格疏密比較、分析與調(diào)整，然后再在調(diào)整后的網(wǎng)格上進(jìn)行再次計算。計算結(jié)果與該兩流動的實(shí)驗(yàn)值(包括回流區(qū)再附點(diǎn)位置)進(jìn)行了比較，表明所提出的局部濾波網(wǎng)格尺度的新概念與相應(yīng)的網(wǎng)格調(diào)整方法是合理、可靠的。