二维/三维超声速飞行器底部复杂流场的并行数值模拟研究
  • 【摘要】

    该文开展了二维/三维复杂底部流场、喷流干扰流场和栅格翼绕流场的数值模拟工作.该文采用高分辨率的TVD格式和鲁棒性较好的中心差分格式离散Navier-Stokes方程,用隐式有限体积法迭代求解离散后的差分方程组.将代数网格生成法和椭圆方程生成法相结合起来,克服了它们各自的弱点,集中了它们的优点,快速有效的生成高质量的网格.拼接网格法和重叠网格法的应用降低了部分复杂外形网格生成的难度,并使得栅格翼、底... 展开>>该文开展了二维/三维复杂底部流场、喷流干扰流场和栅格翼绕流场的数值模拟工作.该文采用高分辨率的TVD格式和鲁棒性较好的中心差分格式离散Navier-Stokes方程,用隐式有限体积法迭代求解离散后的差分方程组.将代数网格生成法和椭圆方程生成法相结合起来,克服了它们各自的弱点,集中了它们的优点,快速有效的生成高质量的网格.拼接网格法和重叠网格法的应用降低了部分复杂外形网格生成的难度,并使得栅格翼、底部流等复杂流场的计算得以实现,为完成自然科学基金课题、863航天领域课题、国防预研课题、运载火箭技术研究院的工程课题等打下了基础.通量守恒的嵌入式自适应网格的并行计算是该文的一个重点.嵌入自适应网格计算有利于反映所求解的复杂流场中的重要性质,同时避免计算开销的较大增加,使精度和效率之间的平衡成为可能.通量守恒的实施提高了自适应网格计算的可靠性.尤其当流场中存在激波、涡面等间断时,通量守恒的必要性十分明显.多重网格法与拼接网格法匹配可以说是多重网格法并行处理复杂外形流场、大幅度加快收敛的关键技术,也是该文的又一个重点和难点.两者的匹配将多重网格方法的加速收敛机制、拼妆网格法处理复杂外形流场的能力、并行效率及并行算法的移植性和扩充性等优点有机地结合在一起.用该策略计算底部定常流时,多重网格方法使收敛速度提高2-3倍,墙上时间得到大幅度降低.并行计算自始至终贯穿于该文,这是该文的一大特色.微机、工作站等网络环境下基于消息传递的PVM软件平台使三维较大规模复杂流场的拼接网格计算、自适应网格计算、多重网格计算等得以实现.CFD并行程序的扩充性和移植性的加强,以及先进的并行计算机MPP系统中并行计算的实现,使超大规模流动问题的计算成为可能,有力的促进了CFD的应用与发展.实现底部流场计算,并提高其精度、加快其收敛是该文的主要目的之一,因此该文开发应用的拼接网格法、自适应网格法、多重网格与拼接网格匹配法、并行计算等以及它们的综合都运用到了底部流场的数值研究.全文共八章.在引言中回顾了国内外计算流体动力学发展状况,使该文的方案制定工作和研究方向具有明确的着眼点.第二章讲述控制方程、差分格式和隐式处理方法,并对中心差分型和迎风型格式进行了比较研究和数值验证.第三章介绍网格生成技术,包括代数网格生成法、椭圆方程求解法、拼接网格法、重叠网格法,以及它们之间的组合.第四章研究了并行计算的并行模式和并行策略,并探索和加强了微机或工作上网络环境下CFD并行程序的移植性和扩充性.第五章论述嵌入式自适应网格法,并求解了高超声速钝头体二维/三维头激波和轴对称底部流场.第六章论述多重网格方法,并使之与拼接网格法相匹配.第七章利用前几章发展起来的算法和方法,重点研究了二维/三维超声速飞行器底部和空腔流场.第八章为该文的结论,并对进一步的工作进行了讨论. 收起<<

  • 【作者】

    杨晓辉 

  • 【学科专业】

    空气动力学

  • 【授予学位】

    博士

  • 【授予单位】

    国防科学技术大学

  • 【导师姓名】

    王承尧

  • 【学位年度】

    1997

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    超声速飞行器%底部复杂%流场%并行数值模拟