基于笛卡尔网格的非定常气动力计算

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1、西北工业大学硕士学位论文摘要由于笛卡尔网格具有可以自动生成、网格生成快速的优点，在模拟流体流过复杂外形几何体时笛卡尔网格受到了普遍的关注。最近，这种网格的生成和求解技术已经开始应用于动态模拟。本文在完善原有网格生成的基础上，研究了基于计算域刚性运动方法的动网格技术。并通过使用Jamson有限体积法求解ALE方程实现流场模拟。本文的网格生成采用基于外形和曲率的自适应网格生成方法。并针对非定常计算时出现的问题对网格实施了优化措施。使用计算域的刚性运动方法进行数值模拟时，在空间上采用格心格式的有限体积法对非定常Eider方程进行空间离散:时间推进采用全隐式的

2、双时间推进方法:用四步Runge-Kutta方法做显格式的拟时间推进，同时采用当地时间步长等加速收敛措施。应用这种方法求解了二维亚、跨、超音速的非定常流场和三维无后掠机翼的非定常流场。非定常计算结果与试验值符合的很好证明本文非定常计算正确，所采用和发展的笛卡尔动网格技术可靠、鲁棒性好。关键词:笛卡尔网格，Euler方程，ALE方程，中心有限体积法，自适应技术，计算域的刚性运动方法西北工业丸学硕士学位论文AbstractCartesian颤disbecomingoneofpopularchoicesinsimulatingtheflowaroundaco

3、mplexgeometryduetotheiradvantagesofautomaticandfastgridgeneration.Recently,themethodofgenerationandcalculationhasbeenusedtosimulatethemovingbodyproblemInthisarticle,theCartesiangridgenerationmethodandtherigidmotionofthecomputationaldomainmethodareresearchedbytheauthor.TheCartesi

4、angridisgeneratedbasedongeometricandthebodycurvature.Someoptimizemethodsareadoptedtodealwithspecialproblemincalculatingunsteadyflow.Therigidmotionofthecomputationaldomainmethodisadoptedtosimulateunsteadyflowwhilecombiningthecell-centeredfinitevolumemethodandfour-stageRunge-Kutta

5、pseudo-timesteppingschemewithstandardconvergenceaccelerationtechniques.Inthispaper,2-Dand3-Dunsteadyflowfieldsarecomputed.Theresultsofsolvingtheunsteadyflowfieldsareinagreementwiththeexperimentswhichshowtheunsteadyflowfieldsolveriscorrectandthecalculationalmethodinthisarticleisw

6、ellandrobust.Sotheunsteadyflowfieldsolvercanbeappliedtovariouskindsofproblemswithmovingbodies.Keywords:Cartesiangrid,Eulerequation,ALEequation,finitevolumemethod,adaptivemethod,rigidmotionofthecomputationaldomainmethod第一章绪论第一章绪论'1.1引言计算流体力学(ComputationalFluidDynamics)作为一门新兴学科已成为

7、现代流体力学的重要分支，它是计算数学、计算机科学和流体力学相结合的产物。随着计算技术的迅猛发展，即高速计算机的出现和数值计算方法的不断发展，计算流体力学技术上己经日趋成熟。现在己经能够通过求解Euler或N-S方程来进行流场的数值模拟，这在一定程度_t汗t替了风洞试验，从而缩短研制周期降低研制费用。CFD与理论分析试验研究相结合，一方面可以为飞行器设计服务，另一方面帮助人们探索新的流动现象和规律，从而推动整个学科的不断向前发展。计算流体力学的主要任务就是对流体运动的正确模拟，即利用计算机系统，采用数值计算方法求解流动微分(积分)方程，从而获取流场内有限

8、点上流动参数近似值的过程，它涉及流体力学、数理方程、计算数学和计算机程序设计等多方面知识的综合