S-A湍流模型在N-S方程求解中的应用研究

文中将原始的Spalart-Allmaras (S-A)湍流模型方程推导为守恒形式,并应用此湍流模型对二维RAE2822翼型和三维ONERA M6机翼粘性流场进行了数值模拟.计算结果与国外的实验结果进行了对比,表明文中的数值模拟方法具有较高的精度及良好的适应性.     

基于椭圆光顺的推进格式结构化网格生成技术

提出了一种从结构化初始物面网格出发,结合泊松方程的离散求解、逐层推进的结构化网格的生成技术,并针对不同外形生成了贴体、光滑、正交的流场计算网格;针对具有尖锐凸角/凹角的物面,分别采用不同的网格光顺技术以改善物面拐角处的网格质量;讨论了针对不同拓扑结构网格选择源项的策略,以通过求解泊松方程进行网格光顺,改善网格生成质量。最后,采用几个不同的外形算例来验证该网格生成技术的鲁棒性及有效性,表明该网格生成技术能够针对不同的简单或复杂外形,生成较高质量的流场计算网格。     

基于直角叉树切割网格的复杂外形N-S方程数值模拟

对于粘性绕流的数值模拟，在直角叉树切割网格的基础上，结合三角形非结构网格和矩形结构化网格，利用其各自的优势和特点，提出了一种生成混合染交网格的思路和方法，在物面附近生成了适合粘性流计算的大长宽比矩形网格，地远场分布直角叉树切割网格，快速离散计算空间。对于复杂的多体问题，采用三角形网格来连接 各体网格，并运用网格合并的方法，保证了各网格之间的光滑过渡过连接，提高了网格的质量，针对复杂多段翼型绕流问题，在上述网格基础上，采用B－L代数湍流模型和中心有限体积法，完成了Navier-Stokes方程（N－S方程）的数值模拟，计算结果表明，网格生成和流场计算都是正确的。     

三种湍流模型模拟能力的对比

采用中心有限体积，Runge-Kutta方法显式求解三维Reynolds平均Navier-Stokes方程，使用三种湍流模型数值模拟跨声速及超声速流动。着重介绍半方程J－K模型的两个改进版本：J－K90A模型和J－K92模型，该模型对分离流动有较好的模型能力。J－K模型92年版本具有更好的模拟大攻角，大分离流动的能力，它能较准确地模拟背风面涡的结构与强度，同时能更好地模拟壁面压力分布，当流动存在较强激波时，平衡态的Baldwin-Lomax模型模拟的激波位置明显地靠后。对于附体或中等分离的流动，三种湍流模型都能得到与实验结果吻合良好的结果。     

嵌补式多块网格技术

结合搭接和嵌套网格的特点,提出了嵌补式多块网格技术。使得网格生成和流场计算都得到了相应的简化。方法简单直观,并且能够严格保证网格界面的通量守恒。将该方法应用于三维增升装置的计算中获得了良好的效果,验证了方法的正确及可行性。     

复杂流场数值模拟中的网格生成

采用求解二维及三维椭圆型偏微分方程方法生成复杂外形的贴体及与边界正交网格。并采用分区,局部修正等手段提高网格质量。所得的网格用于导弹、全机、全机带外挂等我种外形的流场计算,结果与实验吻合良好,证明所生成的网格具有很高的质量。     

非结构网格多段翼型绕流Euler及N—S方程数值模拟

描述二维非结构无粘网格和粘性网格的生成方法,对二维翼型绕流进行了Euler及N－S方程数值模拟,运用推进面方法,生成无粘网格,进一步结合推进层方法,生成粘性网格,应用中心有限体积法,采用B－L代数湍流模型,完成了对多段翼型流场的Euler方程和N－S方程的数值模拟计算,计算与实验结果对比表明,所采用的网格生成技术及流场计算方法是正确、有效的。     

基于变形网格技术的非定常流动数值分析方法研究

在多块结构网格的框架下,发展了一种基于改进的无限插值理论的变形网格技术并应用于非定常流动分析.主要采用隐式双时间方法对几种翼型的非定常运动进行了数值模拟,计算结果与实验吻合良好,验证了计算方法的有效性.最后简单介绍了变形网格技术在翼型结冰数值模拟中的进一步运用.     

湍流模型在翼身组合体流场数值模拟中的应用研究

通过求解三维Reynolds平均Navier-Stokes方程，采用4种湍流模型：代数B—L、J—K90A／J—K92模型和两方程k-g模型，分别数值模拟了ONERA—M6机翼、细长旋成体及NASA TN D-712翼身组合体标模的跨声速及超声速流场。计算结果表明，对于附体及小分离流动，4种湍流模型的数值计算结果与实验值吻合良好；对于强激波、大分离等具有强烈上游历程效应的粘性流动，k-g和J-K模型较B—L，模型有更好的模拟能力；对于具有多体干扰的复杂流场，k-g模型的表现则优于其余3种模型。     

基于N-S方程的翼型结冰数值模拟

为了研究结冰对翼型气动性能的影响，采用计算流体力学的方法对NACA0012翼型前缘的结冰进行了预测。在流场计算中，对二维可压粘流的时均N-S方程进行离散求解；采用四步龙格一库塔法求解水滴轨迹运动方程；建立了对应于霜冰和光冰的冰增长模型并假定冰沿着与当地翼型表面法向一致的方向增长来预测结冰的形状。分析了网格数和冰层时间步长对最终冰形的影响和结冰对翼型气动性能的影响，最后将计算的结果与文献中的实验值和计算值进行比较，结果一致。