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非结构网格粘性流动计算研究

气体流场的数值模拟(CFD)方法,由于具有高效、快捷以及费用低的特点,在飞机设计中正得到越来越多的重视与应用。如何模拟具有复杂外形飞行器的有粘、有旋、非线性的真实流场是当今CFD方法的发展方向。本文的主要工作是研究如何运用非结构网格对复杂流场进行Navier-Stokes方程计算。实现N-S方程计算的困难在于:1.网格生成。2.N-S方程数值解法。3.湍流模型。围绕以上几方面的问题,本文作了较为系统的研究,主要的研究工作有:1.提出一种非结构网格自适应的新策略。这种新的自适应方法不同于传统的自适应法如加点法、修改背景网格法。它在网格需要加密处,布置一些小的三角形单元,并以这些单元的边作为初始推进波阵面的一部分。在推进过程中,小单元附近自然生长出尺寸逐渐变大的单元。数值算例显示新的自适应方法是非常成功的。2.根据物理学中的弹簧原理,提出一种半非结构网格生成的新方法,即挤压法。它首先在流场内运用推进波阵面技术生成无粘非结构网格;然后  (本文共115页) 本文目录 | 阅读全文>>

《西北工业大学学报》2004年06期
西北工业大学学报

一种隐式时间算法在非结构混合网格粘性流动计算中的应用

随着计算流体力学的发展 ,非结构网格技术得到了广泛的应用。但是 ,与结构化网格相比 ,非结构网格流场计算的数据存储量大 ,计算效率不高 ,收敛性和稳定性易受网格质量的影响。尤其是在非结构混合网格求解粘性流场时 ,由于计算网格数量巨大、网格单元类型不一、网格尺度变化非常剧烈等原因 ,非结构网格在计算效率和稳定性方面的不足表现的更加明显。为了改进上述不足 ,国内外 CFD工作者在提高非结构网格流场计算效率和鲁棒性方面开展了大量的研究工作 ,提出了当地时间步长、残值光顺、多重网格、隐式时间离散格式、并行计算等多种加速收敛技术。在这些技术中 ,隐式时间离散格式在理论上不存在 CFL数限制 ,可以取较大的时间步长 ,从而可以显著地提高计算效率。目前比较成熟的一些隐式处理方法有 ADI方法、LU- SGS方法和 GMRES方法等。由于需要存储和处理大型矩阵 ,这些方法对计算机资源 (内存 )的要求很高 ,单步计算时间较长。为了避免对大型矩阵...  (本文共5页) 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

适应复杂外形粘性流动模拟的混合网格生成算法

综合考虑易用性和计算精度,发挥结构网格和非结构网格双重优势的混合网格被认为是粘性CFD计算的最佳网格形式。这类网格在物面附近采用扁平的半结构单元,既适应平行物面方向的复杂几何外形,又能精确捕捉垂直物面方向的细小流场特征;其余区域则布置非结构单元来封闭整个网格区域。最终得到的网格系统能准确表征流场特征,且网格规模适中。而相比于结构网格系统,其生成过程无需人工分区,且自动性高。边界层网格生成是这类混合网格生成的关键步骤,至今没有得到的完全的解决。经典的前沿层进法被证明只能适应简单外形,要将其应用到复杂外形,必须处理因复杂几何特征引起的算法失效问题。此外,生成整个混合网格系统还需集成可靠的表面网格生成和非结构网格生成工具。本文首先从二维问题入手,提出了一类先生成非结构网格、再生成边界层网格的新算法流程,即先在整个问题域生成非结构网格,然后在物面附近将非结构网格朝区域内部“挤压”,空出的空间填充边界层网格。和先生成边界层网格、再生成非结...  (本文共73页) 本文目录 | 阅读全文>>

《国防科技大学学报》2017年04期
国防科技大学学报

高效计算网格壁面距离的KD树方法

在计算流体动力学(Computational FluidDynamics,CFD)的一些领域中,壁面距离是一个重要参数,准确、高效地计算壁面距离对于CFD模拟具有重要意义。如:在湍流模拟中,壁面距离反映了湍流的近壁面特性。目前常用的湍流模型,比如S-A模型[1]、k-ε模型[2]、k-ω模型[3]以及分离涡模拟(Detached Eddy Simulation,DES)[4],许多都需要使用最小壁面距离来进行模化。在非结构网格生成领域,生成物面附近的网格时,需要计算网格点的壁面距离,以控制生成的黏性层网格的高度。在生物流体力学领域,利用CFD模拟血液中的气溶胶颗粒的沉积分布时,为了跟踪颗粒轨迹,也需要计算颗粒点到壁面的距离[5]。以上问题均可以归结为计算流场中的点到壁面的距离,常用的做法是:对于每个流场网格内点,取该点到最近的壁面网格点的距离为最近壁面距离。目前常用的计算方法可以分为以下两类:第一类是基于比较查找的计算方法。最常...  (本文共5页) 阅读全文>>

《清华大学学报(自然科学版)》1990年80期
清华大学学报(自然科学版)

快速生成三维非结构网格的一种方法

近年来,在复杂计算域流场的计算中,尤其是机身—机翼组合体的绕流问题以及叶轮机械内的三维流动计算,非结构网格技术正在被大力研究与应用。目前非结构网格主要有3种方法:1)Delaunay方法[1],2)阵面推进法[2],3)切割分裂方法[3]。在上述3类方法中,前2种应用较广。过去我们在非结构网格方面主要是采用了Delaunay方法并且用C语言编制了相应的二维网格生成程序[4]。在流场计算中,如何快速生成满意的计算网格是完成流场计算的重要一步。在二维网格计算中生成网格的效率问题还不太突出,但到了三维问题生成的效率便非常重要了,而且要生成一组好的四面体网格往往并不是件容易的事,所以本文要寻求一种快速生成三维网格的方法。五面体网格是一种在x1与x2方向上为非结构网格,而x3方向上具有结构网格特征的新型网格,本文主要探讨这种网格的快速生成过程。1拟S1面上非结构网格的生成技术及分区处理1.1非结构网格生成的一般步骤以二维平面问题为例,扼要...  (本文共5页) 阅读全文>>

《工程热物理学报》2010年09期
工程热物理学报

非结构网格的高精度有限体积离散格式

0前言非结构网格在处理复杂几何区域中流动问题时有着良好的适应性,但提高计算精度一直是巫待解决的问题。目前非结构网格中置入高精度格式的Barth方法[l]缺乏通用性,同时可能还存在计算精度方面的问题[s]。为此Dariwish[s]提出了精确的sweby:因子计算式。在结构化网格中,除了通量限制器形式的TVD格式外,Leollard[3]的NVF是高阶精度格式的另一套框架。Darwish[4]将NVF公式扩展到非均匀结构化网格的NVSF形式。虽然理论上可以证明NvF方法与:因子的转换关系,但寻找这样的转换关系并非易事。例如对/因子形式的MUSCL格式,Darwish[a]给出的NVF形式计算式即存在明显的错误,界面通量衡在价c一全洲2扮处不连续。另一方面,NvF作为结构化网格中广泛应用的高精度格式置入方法,应用于非结构网格的研究至今未有见诸报道。CFD商业软件近年获得了广泛的应用,但普通用户对其实际计算过程与计算精度并不清楚。同时...  (本文共4页) 阅读全文>>

《航空计算技术》2003年04期
航空计算技术

三维非结构网格的生成及优化

引言网格生成是计算流体力学(CFD)中的关键环节,其中非结构网格由于适合复杂外形流场的数值模拟而得到了广泛的应用[1]。在三维非结构网格生成方法并不是很成熟的情况下,如何高效生成三维优质非结构网格,是能否对流场进行成功数值模拟的关键。在非结构网格生成方法中,Delaunay方法因其生成网格的效率高而得到了广泛的应用,但是三维点集受约束Delaunay三角化的主要困难之一就是如何保证边界的完整性。为了保证边界的完整性,通常有两种方法:交换方法和插入节点方法。前者的优点是不需要插入额外的节点,缺点是在某些情况下,并不能通过交换的方法来恢复边界。后者的优点是总能够恢复边界,但也有缺点,如有时候却因插入的节点太多而导致计算量增大等等。本文采用了局部剖分的方法来恢复边界,不需要添加新的节点到原始表面三角形中,能够较好地解决保证边界完整性的问题。本文采用Delaunay方法生成三维非结构网格,在四面体外接球的球心处插入新的节点,在插入全部内...  (本文共4页) 阅读全文>>