基于网格无网格的三维超音速流场数值模拟

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1、第31卷第12期Vol.31No.12工程力学2014年12月Dec.2014ENGINEERINGMECHANICS17文章编号：1000-4750(2014)12-0017-06基于网格/无网格的三维超音速流场数值模拟蔡晓伟，谭俊杰，王园丁，任登凤(南京理工大学能源与动力工程学院，南京210094)摘要：该文针对绕三维复杂外形流动的数值模拟，提出了一套基于笛卡尔网格/无网格的混合算法。该算法采用计算效率高的笛卡尔网格覆盖全场，而在计算物体表面及周围邻近区域布置无网格离散点。通过对重叠区域的划分和信息传递，建立各计算区域之间的耦合关系，形成完

2、整的计算系统。为验证混合算法数值模拟的适用性和准确性，该文对超音速圆球绕流进行了计算，将激波的位置、形状与理论分析结果进行了对比。并进一步采用该算法对Ma=2.5、0°~10°攻角下的B1AC2R标准导弹模型进行了计算，获得的气动力系数与实验值基本吻合，表明该文提出的方法可以进行实际工程应用。关键词：复杂外形；超音速；笛卡尔网格；无网格法；耦合关系中图分类号：O354文献标志码：Adoi:10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0558NUMERICALSIMULATIONFORTHREE-DIMENSIONALSUP

3、ERSONICFLOWFIELDBASEDONHYBRIDGRID/MESHLESSALGORITHMCAIXiao-wei,TANJun-jie,WANGYuan-ding,RENDeng-feng(SchoolofEnergyandPowerEngineering,NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094,China)Abstract:Tosimulatethree-dimensionalflowaroundcomplexgeometrics,ahybridmethodbas

4、edonCartesiangridandmeshlessmethodispresented.Inthishybridmethod,theefficientCartesiangridcoversthewholecomputationaldomain,whilearelativelysmalldomainadjacenttothebodysurfaceiscoveredbymeshlesspoints.Byimplementingdomainidentificationandinformationcommunicationintheoverlapp

5、ingdomain,severalcomputationaldomainsarecoupledtogether,andthecomplicatedcomputationalsystemisformed.Tovalidatetheapplicabilityandaccuracyofthishybridmethod,thesupersonicsphereflowiscalculated,andthelocationandtheshapeoftheshockobtainedarecomparedwiththeempiricalformuladata.

6、TheB1AC2RgenericmissileatMa=2.5andanglesofattack0°~10°isalsosimulated,thecomputationalresultsincludingtheaerodynamiccoefficientsareinagoodagreementwiththeexperimentaldata.Itisfoundthatthehybridmethodpresentedisavailableforactualengineeringproblems.Keywords:complexgeometrics;

7、supersonic;cartesiangrid;meshlessmethod;coupledrelationship数十年以来，针对可压缩流体流动的Euler和缺点，比如：结构网格对复杂外形网格生成难度大，Navier-Stokes(N-S)方程，数值模拟方法取得了长足且耗费人力机时；非结构网格易于处理复杂边界外的发展。根据其依赖的离散对象，可以大致分为：形，但计算代价大、内存要求高；笛卡尔网格易于结构网格方法、非结构网格方法、笛卡尔网格方法生成，计算效率高，却难以处理任意边界外形等等。[1―2]和无网格方法。显然，任何一种方法都有其优点和无

8、网格是近十多年逐步兴起的一种不依赖———————————————收稿日期：；2013-06-19；修改日期：2013-12-09基金项目：国家自然科学