基于全隱式算法數(shù)值模擬空腔流動(dòng)振蕩特性研究.pdf

1、空腔流動(dòng)是航空工程實(shí)際中常遇到的問(wèn)題，如飛行器武器艙、起落架艙等等，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值，另外，由于空腔流動(dòng)涉及到非定常流、流體動(dòng)力不穩(wěn)定性、聲—渦相互作用等許多基本的前沿問(wèn)題，因而也具有廣泛的理論研究意義。因此，不論理論方面還是工程應(yīng)用方面，空腔流動(dòng)問(wèn)題目前已成為國(guó)際上空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。首先，在多塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上，本文研究和發(fā)展了Euler方程與Navier-Stokes方程的全隱式無(wú)分裂算法?；谌[式無(wú)分裂方法，本文數(shù)值

2、模擬研究了空腔流動(dòng)自激勵(lì)引起的剪切層振蕩特性。同時(shí)，本文還探究了多塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)上的并行計(jì)算方法。其主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 本文基于多塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，研究和發(fā)展了Euler方程與Navier-Stokes方程的全隱式無(wú)分裂算法。對(duì)流項(xiàng)的離散運(yùn)用Roe格式，粘性項(xiàng)的離散采用中心格式。在每一次隱式時(shí)間迭代中，運(yùn)用GMRES*方法求解隱式離散引起的稀疏線性方組，預(yù)處理方法采用零階塊不完全分解方法。對(duì)于非定常計(jì)算，時(shí)間層離散采用虛

3、時(shí)間方法。為了減少內(nèi)存需求以及矩陣與向量之間的運(yùn)算操作數(shù)，本文發(fā)展了Jacobian 矩陣一種的逼近方法，這可以大大減小工作量。 在PVM并行環(huán)境下，研究了全隱式無(wú)分裂方法的多塊分布式并行計(jì)算算法。為提高并行效率，本文給出了一種負(fù)載平衡方法，負(fù)載平衡前后的墻上時(shí)間、并行效率的比較驗(yàn)證了本文方法的有效性。針對(duì)本文研究所用的大型并行機(jī)特性，基于最小二乘原理，給出了一種估算計(jì)算時(shí)間成本和通訊時(shí)間成本的方法，并行算法的并行性能統(tǒng)計(jì)表明

4、該估算方法的有效性及合理性。另外，本文還探討了非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的并行生成技術(shù)，改進(jìn)了“波陣面”區(qū)域分裂算法以使子網(wǎng)格及其邊界更有益于網(wǎng)格并行生成；并將改進(jìn)的“波陣面”區(qū)域分裂算法應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格區(qū)域的劃分，探討了非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上求解Euler方程的并行算法。 基于全隱式無(wú)分裂方法，首先，本文數(shù)值研究了某開(kāi)式空腔的超音速、跨音速、亞音速流動(dòng)，詳細(xì)探討了入口邊界條件對(duì)空腔流自持性振蕩的影響，與層流速度型相比，入口條件為紊流速度型和特征邊界型得

5、到的結(jié)果能夠吻合。然后，本文研究了有物體存在的空腔流動(dòng)的剪切層自持性振蕩特性，并與無(wú)外掛物存在時(shí)的情況進(jìn)行類比，壓強(qiáng)與時(shí)間的變化曲線、空腔底部流向的靜壓系數(shù)分布以及空腔后壁面法向的靜壓系數(shù)分布表明，空腔內(nèi)的壓力脈動(dòng)與外掛物所處位置是相關(guān)的。最后，本文討論了腔內(nèi)有不同長(zhǎng)度平板存在的空腔流動(dòng)的剪切層自持性振蕩，腔內(nèi)平板將剪切層與空腔隔開(kāi)，減弱了剪切層振蕩與空腔壓強(qiáng)脈動(dòng)的耦合作用，隨著腔內(nèi)平板長(zhǎng)度的增加，剪切層振蕩的程度有所減?。换谔卣鏖L(zhǎng)度