基于DES方法的舰面流场数值模拟研究

发布时间：2022-11-05 16:58

　　舰载飞行器在舰船表面起降作业时,会受到舰船表面尾流场的气动干扰,严重时会造成重大安全事故。传统的RANS方法对这类尾流场捕捉精度往往略有不足,而近年来发展起来的DES算法可以有效的捕捉流动中的关键涡结构,且其计算量远远小于LES方法。DES方法综合了LES和RANS方法的优点,在分离区使用LES方法,而在其他区域则自动调节为RANS方法,是一种可靠高效的三维非定常湍流流动模拟求解方法。在本研究中,开发出了一套基于非结构网格的DES流动求解器,包括无粘和粘性通量离散的有限体积空间离散、显式Runge-Kutta和隐式LU-SGS迭代格式的双重时间步方法,并选择修正物面距离的S-A模型作为单一湍流模型,其中无粘通量的离散采用通量差分分裂Roe格式。为了减少模拟时间和提高效率也实现了求解器的并行计算,其中包含了寻找均衡的网格划分和数据传递策略。然后应用一个标准的后台阶流动算例来完成求解器的验证工作,通过对比分析数值模拟结果与实验数据,证实了此流动求解器正确性、可行性和稳健性,并具有较好的精度。最后将DES流动求解器应用于某舰船模型舰面流场的大分离流动的数值模拟,并与成熟的雷诺平均方法（RAN... 

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 舰面流场与舰载机起降研究背景
        1.1.2 DES方法研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 舰船气流场研究现状
        1.2.2 DES方法研究现状
    1.3 本文主要研究工作
第二章 数学模型和公式
    2.1 引言
    2.2 非定常N-S方程及预处理形式
    2.3 DES方法的湍流模型
        2.3.1 雷诺平均N-S方程
        2.3.2 S-A湍流模型
        2.3.3 DES方法
    2.4 边界条件
    2.5 小结
第三章 离散与数值格式
    3.1 引言
    3.2 有限体积空间离散
        3.2.1 非结构网格和数据结构
        3.2.2 无粘通量的离散
        3.2.3 梯度估算
        3.2.4 粘性通量的离散
    3.3 双重时间积分
        3.3.1 物理时间离散
        3.3.2 虚拟时间步
    3.4 边界条件处理
        3.4.1 物面边界条件
        3.4.2 远场边界条件
        3.4.3 其它边界条件
    3.5 涡粘性解耦求解过程
    3.6 小结
第四章 后向台阶流动算例的验证及分析
    4.1 引言
    4.2 流动结构
        4.2.1 计算域
        4.2.2 网格划分
        4.2.3 边界条件和时间步
    4.3 数值模拟计算与结果分析
    4.4 小结
第五章 舰面流场数值模拟研究
    5.1 引言
    5.2 流动结构
        5.2.1 计算模型
        5.2.2 计算域
        5.2.3 网格划分
        5.2.4 边界条件和时间步
    5.3 计算结果及分析
        5.3.1 来流偏角 0°
        5.3.2 来流偏角 30°
    5.4 小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DES方法平底水力旋流器内部流场特征的数值分析[J]. 苏东涛,郭雪岩.  力学季刊. 2014(01)
[2]基于SA湍流模型的DES方法应用[J]. 陈江涛,张培红,周乃春,邓有奇.  北京航空航天大学学报. 2012(07)
[3]舰船舰面空气流场的CFD数值模拟探讨[J]. 曲飞,陆超,姜治芳,王涛.  中国舰船研究. 2009(05)
[4]基于湍流尺度的混合RANS/LES模型[J]. 李斌,吴颂平.  北京航空航天大学学报. 2008(07)
[5]翼型失速特性的RANS方法与DES方法数值模拟对比分析[J]. 李栋,Igor Men′shov,中村佳朗.  西北工业大学学报. 2006(02)

硕士论文
[1]后台阶流动传热的格子Boltzmann模拟[D]. 孙凯华.天津大学 2009
[2]舰船周围气流场数值模拟方法及分布规律的研究[D]. 吕红.哈尔滨工程大学 2008



本文编号：3702983