基于格子Boltzmann方法的气动声学计算

来源 :第十五届全国计算流体力学会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuhao0760
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  本文研究了应用于气动声学计算中的格子Boltzmann方法(LBM),采用非平衡外插格式处理壁面边界条件,远场无反射边界条件采用吸收层边界条件。首先,将LBM应用于顶盖驱动的空腔流动模拟进行程序验证;然后,数值研究气动声学中的几个典型问题,并与传统的4阶精度低色散保持格式(DRP)比较,检验了该方法模拟气动声学基本问题的能力,为进一步运用该方法模拟复杂物体产生噪声奠定基础。研究表明,尽管标准LBM方法在时间、空间上仅有2阶精度,但是,LBM方法计算得到的结果能和分析解保持一致,它是有效且可行的气动声学计算方法。
其他文献
发展了一种基于目标函数误差估算的网格自适应准则,进而通过网格自适应处理提高目标函数的计算精度。首先描述了目标函数的误差估算及修正的方法,该方法通过伴随方程将原方程的残值误差与目标函数联系起来。然后,基于误差估算建立网格自适应准则,以减少目标函数修正后的剩余误差,提高目标函数的计算精度。最后将该准则应用于NACA0012翼型无粘可压流的网格自适应模拟。数值实验成功地捕获了与升力、阻力等目标函数相关的
多体分离过程会产生复杂的气动干扰,正确模拟分离过程的气动特性对安全分离至关重要。本文利用重叠网格技术,采用三维可压缩N-S方程对以子母弹为代表的典型超声速多体分离问题进行数值模拟,研究子母弹不同相对位置时的流场特性,对其流场干扰特性和子母弹受力情况进行分析,为子母弹安全分离提供参考。
嵌套网格插值边界优化是嵌套网格实现自动挖洞寻点的一项重要技术,本文给出了一种基于单元比较的插值边界优化算法,通过该算法可以将插值边界优化到一个理想的位置,在该位置进行信息交换可有效提高计算精度,减少流场的计算量,实现了嵌套网格自动化预处理。通过将自动化预处理软件与流场解算器耦合,实现了非定常NACA0012的俯仰运动数值计算,数值结算结果与实验值吻合度较好,数值计算结果有力的证明了该方法的有效性。
复杂几何外形问题中多尺度及各向异性的特征的捕捉,对于计算结果的精确性有很大的意义。本文发展了基于非结构化四边形背景网格的各向异性的自适应网格生成方法,能容易生成高质量的贴体自适应网格,同时占用内存少、效率高的优点,并且能容易捕捉各向异性的特征。本文详细阐述了具体的数据结构和自适应算法,最后应用NACA0012翼型绕流问题的数值模拟来考察发展的自适应算法。
基于CFD方法开展气动外形优化设计通常计算量较大,本文采用离散共轭方法计算目标函数梯度,建立了高效的复杂外形的梯度优化设计系统。采用无限插值方法生成动网格,对部件之间相贯线发生变化的情况进行了处理。利用建立的系统开展了机翼机身吊舱挂架外形的优化设计,成功的减小了阻力。
对某典型的常规气动布局飞机,采用数值模拟方法,开展了垂尾和平尾的跨音速减阻设计。研究结果表明:通过优化垂尾和平尾布局参数,对后机身进行跨音速面积律优化,明显降低了飞机跨音速零升阻力。
边界层失稳是流体力学研究的热点问题之一,研究边界层失稳不但对飞行器设计具有重要意义,其也是流体力学研究中最具挑战性的课题之一。G(o)rtler失稳作为边界层失稳的一种,在许多实际重要流动中导致转捩。例如在超临界翼型下表面的前缘和尾缘促进转捩,在燃气轮机中促进流体与叶片的对流换热。本文建立了可压缩G(o)rtler失稳数学模型,针对可压缩平板边界层进行了线性稳定性分析。给出了最容易发生失稳的参数区
采用量热完全气体模型、单温5组元模型、单温11组元模型、双温5组元模型、双温11组元模型对Electre模型进行了数值模拟。分析了各种模型对飞行马赫数、沿驻点线压力温度分布、沿物面的压力温度分布、平动和振动温度、沿驻点线组分分布、物面热流密度分布。结果表明:量热完全气体模型计算的激波脱体距离约为非平衡的结果的2倍,而各种模型计算的物面压力分布相差不大;量热完全气体模型计算的沿驻点线的温度约为非平衡
在流体力学问题的研究中,存在着大量的所谓运动界面问题。基于网格划分的传统模拟方法在模拟这些问题时存在操作复杂且计算中容易出现网格扭曲畸变等问题。无网格的光滑粒子流体动力学方法(SPH方法)能够有效克服传统网格方法在处理类似大变形问题时存在的网格畸变或变形界面难以追踪等困难,是追踪运动界面的有效方法。本文即利用该方法追踪模拟超高速碰撞、气液两相流、流固耦合等运动界面问题,模拟结果显示该方法简单有效,
基于“完备”螺旋桨模型数值计算结果结合动量守恒法则发展了一种新型激励盘模型,并将其耦合在CFD计算程序中进行了螺旋桨滑流数值算法研究。通过应用“完备”螺旋桨模型螺旋桨滑流数值流场,计算出螺旋桨桨盘前后相对位置处的流动参数,进而拟合出了满足拉力限定条件的桨盘压差曲线。根据动量守恒原理将压差曲线应用于激励盘模型,并转换为CFD计算边界边界条件完成激励盘模型对螺旋桨滑流特性数值模拟方法研究。计算结果表明