特征无反射边界条件应用于二维圆柱绕流模拟

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1、第42卷第2期2012年3月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．2Mar．2012特征无反射边界条件应用于二维圆柱绕流模拟陈荣钱j伍贻兆，夏健(南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016)摘要：采用特征无反射边界务件和吸收层技术相结合的边界处理方法，研究了二维圆柱绕流模拟的边界反射问题。近年来在计算气动声学中提出了将大涡模拟和声学传播方程结合的混合方法求解声场，基于计算量的考虑，须在较小的计算区域内进行大涡模拟，这就需要在计算区域较小时，边界的反射尽可能小。作为大涡模拟研究的技术储备．将该方法应用于二维圆柱绕流的模拟中

2、。数值结果表明这种方法在计算区域较小时，能起到很好的无反射效果，计算结果与前人在计算区域取得很大时的结果比较吻合。关键词：计算流体力学；计算气动声学；特征无反射边界条件；圆柱绕流中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1671—654X(2012)02．0073—04CharacteristicNon-reflectingBoundaryConditionsAppliedinTwo—dimensionalCylinderFlowSimulationCEHNRong—qian，WUYi·zhao，XIAJian(CollegeofAerospaceEngineering，N

3、anjingUnivemityofAeronauticsandAstronautics，Nanfing210016，China)Abstract：Thefarfieldboundaryreflectingproblemoftwo·-dimensionalcylinderflowsimulationwasstud--iedusingthecharacteristicnon—reflectingboundaryconditionsanddampinglayersmethods．Inrecentyears，incomputationalaeroacousticsarea，thehybr

4、idmethodoflargeeddysimulationandacousticpropa—gationequationswasproposedtosolvethesoundfield．Consideringtheamountofcalculation，largeeddysimulationshouldbecarriedoutinasmallregion．Thisrequiresthatthereflectingatthefarfieldbounda-ryshouldbeassmallaspossible．Asapreparationforlargeeddysimulation，

5、thehybridmethodisappliedtothetwo—dimensionalcylinderflowsimulation．ThenumericalresultsshowthatthemethodCanplayaverygoodnon—reflectingeffect，andthecalculationresultsagreewiththepreviousnumericalresultsob—tainedinthelargercomputationalregion．Keywords：computationalfluiddynamics；computationalaero

6、acoustics；characteristicnon—reflectingboundaryconditions；cylinderflow引言近年来在计算气动声学(ComputationalAero—A—coustics．CAA)中提出了将大涡模拟和声学传播方程相结合的计算声场的混合方法。这种混合方法的思路是将声场的计算区域分成声源区域和传播区域，在声源区域采用大涡模拟方法，在传播区域采用求解声学传播方程。该方法由于避免了全场采用大涡模拟等直接方法进行模拟，因此大大减少了计算时间，近年来成为计算气动声学的研究热点。其中大涡模拟区域基于计算量的考虑，不能取得很大，这就涉及到一个边界

7、条件的处理问题。远场边界条件的处理非常重要，若处理不当，将在边界上产生较大反射，“污染”计算区域的流场，影响计算精度。本文所要研究的问题就是当远场边界离物体表面较近时，如何保证边界的反射尽可能的小，以致不影响声源区域的计算精度问题。作为大涡模拟的前期工作，本文研究了采用有限差分法求解二维Navier—Stokes方程的远场边界处理问题。远场边界条件通常采用特征无反射边界条件。特征无反射边界条件最早是由Thompson⋯提出，应用在笛卡尔网格下欧拉方程的计算中；Pointsot【2