基于自適應(yīng)直角坐標(biāo)網(wǎng)格的重疊網(wǎng)格方法研究.pdf

1、多體分離是航空航天中普遍存在的一類問(wèn)題，如戰(zhàn)斗機(jī)內(nèi)埋式武器投放、火箭助推級(jí)分離、人椅彈射系統(tǒng)等。在該類問(wèn)題繞流中，存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體之間的復(fù)雜非定常流場(chǎng)會(huì)造成強(qiáng)大的氣動(dòng)干擾，這種氣動(dòng)干擾往往是不利的，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí){到飛行器的飛行安全。過(guò)去，研究此類問(wèn)題的主要手段是飛行試驗(yàn)和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，然而它們存在著風(fēng)險(xiǎn)大、成本高、周期長(zhǎng)等弊端。近年來(lái)，計(jì)算流體力學(xué)的迅猛發(fā)展使得其在處理此類問(wèn)題中得到了廣泛的應(yīng)用。動(dòng)態(tài)重疊網(wǎng)格技術(shù)在研究此類問(wèn)題時(shí)無(wú)需網(wǎng)格

2、再生，并能很好的保證網(wǎng)格質(zhì)量，非常適合于處理具有大幅相對(duì)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜非定常繞流問(wèn)題。結(jié)構(gòu)重疊網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)重疊網(wǎng)格都可以準(zhǔn)確地對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，但為了避免重疊網(wǎng)格插值帶來(lái)的數(shù)值耗散，需要調(diào)整邊界處的網(wǎng)格尺度，使多套子網(wǎng)格在重疊網(wǎng)格邊界處的網(wǎng)格尺度基本保持一致。受限于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，保證重疊網(wǎng)格邊界處的網(wǎng)格尺度一致性往往是以增加網(wǎng)格數(shù)量為代價(jià)的，這對(duì)計(jì)算機(jī)資源提出了更高的要求，同時(shí)也降低了數(shù)值計(jì)算的效率。為此，本文發(fā)展了

3、一種基于自適應(yīng)直角坐標(biāo)網(wǎng)格的混合重疊網(wǎng)格方法，并開發(fā)了相應(yīng)的動(dòng)態(tài)混合重疊網(wǎng)格求解程序。在這種方法中，直角坐標(biāo)網(wǎng)格可以基于洞邊界進(jìn)行自適應(yīng)加密和稀疏，在保證重疊網(wǎng)格邊界處網(wǎng)格尺度一致性的前提下降低了計(jì)算網(wǎng)格數(shù)量，提高了計(jì)算效率。
　　本文首先對(duì)數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了介紹，采用了混合網(wǎng)格求解器，即內(nèi)部貼體網(wǎng)格采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格求解器，背景網(wǎng)格采用自適應(yīng)直角坐標(biāo)網(wǎng)格求解器，流動(dòng)控制方程采用定常/非定常Euler/N-S方程，運(yùn)用有限體積方法對(duì)控制

4、方程進(jìn)行空間離散，采用Jameson中心格式計(jì)算對(duì)流通量，定常時(shí)間離散采用四步Runge-Kutta迭代，非定常時(shí)間離散方法為顯式雙時(shí)間步長(zhǎng)法，湍流模型選用S-A模型；其次，對(duì)混合重疊網(wǎng)格的裝配方法進(jìn)行了深入研究，采用了非結(jié)構(gòu)重疊網(wǎng)格中的網(wǎng)格間邊界定義方法，在搜索宿主單元時(shí)，采用了高效的相鄰單元搜索算法；最后，發(fā)展了一種基于自適應(yīng)直角坐標(biāo)網(wǎng)格的動(dòng)態(tài)混合重疊網(wǎng)格方法，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)算例對(duì)該方法的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證，并開展了一系列的數(shù)值算例研究，結(jié)