热流cfd计算中格式和网格效应若干问题研究

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1、第!"卷第#期空气动力学学报$%&’!"，(%’#!))*年)+月!"#!!$%&’()!*+"!,+)+"!,-.’，!))*!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号：)!/01#0!/（!))*）)#1)#!/1)*热流"-’计算中格式和网格效应若干问题研究阎超，禹建军，李君哲（北京航空航天大学，国家计算流体力学实验室，北京#)))0+）摘要：通过数值实验、理论分析、试验数据和经验公式的综合研究，探讨了234热流计算的格式效应及网格效应：研究了5%6的347格式、$-8966.的3$7格

2、式、:;7,<格式及中心差分格式的热流计算分辨率，探讨了不同格式对热流计算精度的影响，认为:;7,<格式在热流计算精确性方面具有优势；在热流绝对值的模拟上，网格的影响很大，能否计算出正确的驻点热流值将是获得精确物面热流解的关键；通过大量的数值计算、理论分析及其同试验数据的对比研究，对可能影响热流计算的网格因素进行了细致的分析，揭示了各因素对热流计算结果的影响规律。关键词：热流；234；格式；网格中图分类号：$!##’+文献标识码：:［!>"，*，0，##］后来更侧重研究网格效应。关于234格式.引言效应，不多的几篇研究论文的结论基本一致：格式的对于导弹、飞船、航天飞机、空天飞机以及高超声耗散性

3、越小，热流的计算精度越高。但还没有人对目速飞机等再入飞行器而言，气动热及其防护是整个飞前国际上有代表性的气动热234格式进行系统的比行器成败的关键难题之一。随着航天技术的不断发较研究和理论分析，这是本文所要研究的问题之一。展、尤其是国防尖端武器对速度和机动能力越来越高网格对气动热234计算的影响很大［!>"，*，0，##］，的要求，气动热及其防护已经成为制约再入飞行器发热流计算对网格的选择是很苛刻的，不同的网格可以展的瓶颈问题之一。使热流计算结果相差一个量级。对于不同的流动和气动热的研究和设计一般采用风洞试验和计算计算条件，热流计算所需的网格也不相同。这是十多两种方法。这两种方法各有所长、相辅

4、相成，但总体年前都已经知道的定性结论，但是到底网格的哪些因说来，都还有很多问题没有解决，如对于气动热中最素影响了热流的计算、如何确定合适的网格以便使热重要的参数———表面热流，两种方法的精度都不高，流计算的精度高可靠性好，则没有进行研究。这也是平均误差约在#/=。本文的目的就是探讨、分析影本文所要探讨的主要问题。响表面热流计算精度的因素。/空间格式效应虽然234已经取得了很大进展，但热流计算一直是234中的难点问题。国内外关于234的研究主目前，国内外流行的先进234计算格式有：中心要集中在计算格式的精度和效率、复杂流动结构的模格式、上风格式及((4、A$4、B(C等格式，其中上风拟能力和可靠

5、性、网格生成技术等方面。而对于气动格式分为两大类：以$-8966.格式为代表的3$7（3&DE热234计算的研究，则相对少的多，其原因是多方面$6FG%.7H&IGGI8J）格式、以5%6格式为代表的347（3&DE的，但主要是气动热234计算存在的问题多而且难，4IKK6.68F67H&IGGI8J）格式。近年来，针对3$7格式与对一些基本的问题还缺乏令人信服的结论。347格式各自的优缺点，又发展出:;7,（:LM6FGI%8气动热234计算的研究主要集中在234计算的;HNG.6-O7H&IGGI8J,6GP%L）族的混合格式。格式效应和网格效应两个方面，也就是说，一般认为为了研究热流计算

6、的格式效应，我们选择了目前影响气动热计算的主要是234格式和所使用的网使用最广、最具有代表性的四种格式：中心差分格式、［#>##］［#>/，?>@］格。其中，早期的研究侧重格式效应，"收稿日期：!))/1)#1!@；修订日期：!))/1)"1+)’万方数据作者简介：阎超（#@*!1），男，江苏人，教授，博士，专业：空气动力学、计算流体力学’016空气动力学学报第13卷!"#的$%&格式、’()*##+的$’&格式以及,-&./格式更为逼近实验数据。而$’&格式计算出的热流格式，并且以有较详尽实验数据的二维圆柱高超声速沿周线的变化较实验结果更为平缓、误差较大。［01］绕流算例。计算的来流条件为：

7、!2034560，"72我们又计算了两个有详尽实验数据的三维高超88496:，"215;4<:，!254088=09>