AUSM类格式在热流数值模拟中的比较研究

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1、第43卷第4期2013年7月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．43No．4Jul．2013AUSM类格式在热流数值模拟中的比较研究田增冬，梁益华，郝海兵(中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710119)摘要：系统分析了AUSM类空间离散格式中AUSM+、AUSMDV及AUSMPW三种格式的构造方法及特点，并分别对钝锥、钝双锥的高超粘性绕流流场进行了数值模拟。重点分析了格式对热流数值模拟结果的影响。数值结果表明：AUSM类格式在高超音速流动模拟中具有高间断分辨率和数值稳定性，其中AUSM+和A

2、USMPW格式更适用于热流数值模拟，而AUSMDV格式可能会出现“红玉”现象。关键词：计算流体力学；N．S方程；热流；AUSM类格式中图分类号：V211文献标识码：A文章编号：1671．654X(2013)04一0072-04ResearchonSchemeEffectofAUSM-typeinHeatFluxNumericalSimulationTIANZeng—dong，LIANGYi—hua，HAOHal—bing(Xi’anAeronauticsComputingTechniqueResearchInstitute，AVIC，瓜’an

3、710119，China)Abstract：ThispaperhasanalyzedtheconstructionmethodandalgorithmcharacteristicsofAUSM+、AUSMDVandAUSMPWschemes．Thehypersonicviscousflowaroundbluntconeandbiconicmodelaresimulatedandtheeffectsofabovethreeschemesontheheatfluxnumericalsimulationresultswereana—lyzed．Nu

4、mericalresultsshowthatAUSM—typeschemespossesshighresolutionnearshockdiscontinuitiesandrobustness．Moreover．AUSM+andAUSMPWschemesaresuitableinapplicationofheatfluxnumer-icalsimulation．andcarbunclephenomenonshouldbeawarewhenAUSMDVschemeisadopted．Keywords：computationalfluiddyna

5、mic：N-Sequations；heatflux；AUSM-typeschemes引言高超声速热流数值模拟是CFD(ComputationalFluidDynamics)研究的难点问题之一。热流是由粘性起主导作用的物理现象，在计算中受数值格式、网格分布、热流处理方法、收敛判别、湍流模型以及真实气体效应等诸多因素的影响和制约，从而决定了热流数值模拟的复杂性。高超声速流动中往往存在强激波，需要采用高精度高分辨率格式才能准确模拟。目前，国内外在高超声速热流数值模拟方面已经开展了大量的研究。起初，人们普遍采用矢通量分裂方法(ws)L1J和通量差分分

6、裂方法(FDS)心1对热流进行预测，发现前者存在分辨率不足等缺陷，而后者存在鲁棒性差，计算结果依赖于熵修正等缺陷。为了很好地解决该问题，在20世纪90年代，Liou和Stefen提出了一个新的格式构造思想——混和通量差分，综合FVS、FDS格式的优点，构造了著名的AUSM(AdvectionUpstreamSplittingMeth—od)格式口]，在稳定性和间断分辨率之间取得了平衡。此后，还相继发展了AUSMDV”1、AUSM+p1、AUS—MPW[61等派生改进格式。随后，该系列格式被广泛应用于高超声速热流数值模拟中，并取得了一定的成果。

7、在国外，Kim【6’采用ASUMPW格式对压缩拐角进行了数值模拟；在国内，聂春生"1采用AUSMDV格式对高超声速钝体绕流进行了数值模拟，李君哲哺1采用Roe、Vanleer、AUSM+和中心差分格式分别计算了二维圆柱和钝双锥模型，研究了这四种格式在热流数值模拟中的性能。目前，虽然关于数值格式研究的文献众多，但还没有发现相关文献对AUSM类格式在热流数值模拟中的应用展开系统研究。本文主要对AUSM+、AUSMDV及AUSMPW三种格式的构造方式及特点进行分析，并采用这三种格式分别对钝锥、钝双锥高超音速绕流流场进行数值模拟，研究这三种格式捕捉激

8、波的能力及在高超声速热流数值模拟中的性能。因此，本文的工作对热流数值模收稿日期：2013—04—08修订日期：2013一06—27基金项目：国家”863”计划项目资