利用软件二次开发求解流固耦合问题

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随着计算科学的发展和计算机技术的进步,利用数值模拟方法求解流固耦合问题已经成为可能。 本文主要关心具有明显交界面的流固耦合问题。对其按照固体求解方式可再分为两类:第一类问题考虑在流动中固体的变形、以及变形对流动的影响,不考虑伴随的刚体运动。第二类问题不考虑固体的变形,考虑流场作用下刚体的运动轨迹、及该运动对流场的反作用。 本文首先总结了前人采用的各种耦合方法,进而提出了一种基于软件二次开发的紧耦合策略,解决了商业软件求解学科单一的问题,同时又避免了大规模的求解器编程。针对本文要求解的问题又具体化为结合流固两种软件的“A+B”方法和拓展单一软件功能的“A+”方法,分别提出了相应的软件实现方法并给出了相关代码。之后利用该方法求解了四个相关算例。 在风机的气动弹性问题中,针对大型风力发电机的实际情况,分析了其中重要的气动弹性问题,介绍了风力机旋转流场的CFD(ComputationalFluidDynamics,计算流体力学)计算方法,并给出了相关气动弹性算例。 在带自由面的水弹性问题算例中,求解了当包含弹性板的容器中水流出时,弹性板在水中的变形,并与实验情况作了对比。 战斗机外挂物抛投算例中针对不同的飞行状态,对投放的进程及安全性进行了数值模拟,并给出了相应的工程建议。 高速列车交会算例中模拟了列车在高速下等速交会产生的压力波,并分析了压力波的来源、特征及其对列车的影响。 各种算例也说明,本文提出的耦合方式非常有效、实用,并且拥有较高的准确度,可以广泛的应用于求解工程实际中各种流固耦合问题。
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