低雷諾數(shù)條件下可壓縮槽道湍流的大渦模擬.pdf

1、可壓縮湍流的研究是流體力學領(lǐng)域的難點問題之一。隨著計算流體力學技術(shù)的快速發(fā)展,計算機存儲容量的增大、運算速度的提高,以及大規(guī)模并行計算技術(shù)的廣泛使用,大渦模擬作為具有通用性強、運算時間短的高精度數(shù)值模擬方法之一,在復(fù)雜可壓縮流動的機理研究中發(fā)揮著越來越重要的作用,并且有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文首先回顧了大渦模擬方法的發(fā)展歷史,分析了大渦模擬方法的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用特點,總結(jié)了大渦模擬的基本原理,推導(dǎo)了在工程實際中有著更為廣闊應(yīng)用背景

2、的可壓縮大渦模擬控制方程。
　　然后本文在已有大渦模擬程序的基礎(chǔ)上,編寫了新的適用于研究可壓縮湍流的大渦模擬程序。所編寫的大渦模擬程序的控制方程為可壓縮的Navier-Stokes方程組,分別引入經(jīng)典的Smagorinsky模型和動力渦粘模型兩種亞格子應(yīng)力模型對控制方程進行封閉;流場計算域通過結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進行劃分,在邊界層處進行局部加密;程序通過有限體積法分別對大渦模擬控制方程組的空間項和時間項進行離散,對流項的離散格式為四階中心格

3、式,粘性項的離散格式二階中心格式,時間推進為三階三步的顯式Runge-Kutta方法,并根據(jù)計算需要設(shè)置了不同類型的邊界條件。程序?qū)φ鎸嵨锢憝h(huán)境有較強的模擬能力。
　　最后,本文選擇充分發(fā)展的槽道湍流為校驗算例,分析了可壓縮槽道湍流的基本原理及其特點并對低雷諾數(shù)條件下可壓縮槽道湍流進行數(shù)值模擬。將LES模擬得出的平均量、脈動量、高階統(tǒng)計量等與DNS的結(jié)果對比可得,大渦模擬程序用了較少的網(wǎng)格點進行數(shù)值模擬,流動變量曲線與DNS模擬結(jié)

4、果吻合良好,證明了程序的可靠性與適用性。此外,通過大渦模擬程序分析了低雷諾數(shù)條件下局部障礙物繞流的問題。以下壁面存在弧形凸起的可壓縮槽道湍流為研究對象,對比分析了不同高度的弧形凸起對可壓縮湍流流動的影響,研究了弧形凸起后側(cè)近壁區(qū)域的流場特性?；⌒瓮蛊鸷髠?cè)形成回流區(qū)、剪切層區(qū)和再附著區(qū),隨著弧形高度的增加,可壓縮效應(yīng)增強,流場內(nèi)狀態(tài)參數(shù)發(fā)生變化,旋禍受到拉伸扭轉(zhuǎn)效應(yīng)增強。所編寫的大渦模擬程序計算具有較高的精度,能夠處理具有復(fù)雜幾何/物理邊