本文關(guān)鍵詞：面向激波火焰相互作用問題的各向異性網(wǎng)格自適應(yīng)求解技術(shù)研究

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【摘要】：本文針對超聲速湍流燃燒中的激波火焰相互作用問題,提出了基于各向異性非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的自適應(yīng)求解技術(shù),并進(jìn)行了數(shù)值模擬算法的驗(yàn)證工作。目前在激波火焰相互作用過程的數(shù)值模擬研究方面,還存在較多的技術(shù)難點(diǎn)和挑戰(zhàn)。其一,流場特征復(fù)雜,流場中存在激波、火焰、邊界層、介質(zhì)界面等復(fù)雜流場結(jié)構(gòu)及其之間的相互作用現(xiàn)象,這些流場物理量的空間分布具備很強(qiáng)的各向異性即方向性。第二點(diǎn)是激波火焰相互作用過程中會出現(xiàn)湍流燃燒現(xiàn)象,湍流流動和燃燒釋熱之間存在復(fù)雜的相互影響,具備擴(kuò)散性強(qiáng)、大雷諾數(shù)、強(qiáng)漩渦等特征。第三點(diǎn)就是湍流、激波和火焰相互作用過程存在非定常性,時間空間尺度跨度很大,這就增加了準(zhǔn)確描述流場信息的難度和計算量。采用數(shù)值模擬方法研究激波火焰相互作用問題存在上述多個方面的技術(shù)難點(diǎn),本文主要從網(wǎng)格、格式、燃燒模型和自適應(yīng)等四個方面分別采取了與之相適應(yīng)的數(shù)值模擬技術(shù),致力于構(gòu)建一個能對激波火焰問題進(jìn)行有效計算的數(shù)值分析工具。本文采用的網(wǎng)格為各向異性非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,其各向異性特征可以適應(yīng)流場物理量存在各向異性特征的本質(zhì),從而能在保證計算精度的同時有效降低計算網(wǎng)格的規(guī)模。在格式方面,采用兩步Taylor Galerkin類有限元格式,該格式在時間和空間上均具有三階精度,而且表現(xiàn)出低耗散性,同時引入Jameson人工粘性思想捕捉流場激波特征。采用的燃燒模型增厚火焰模型(結(jié)合大渦模擬算法),對復(fù)雜的燃燒湍流問題進(jìn)行數(shù)值模擬計算。應(yīng)用自適應(yīng)求解技術(shù),考慮燃燒過程的非定常性,提高計算的準(zhǔn)確度和效率。本文基于前述四個方面的模擬技術(shù),構(gòu)建了可用于激波火焰相互作用問題計算的數(shù)值分析工具。我們采用分而治之的戰(zhàn)略,從物理分析的角度對激波火焰相互作用問題進(jìn)行了流場結(jié)構(gòu)的分解,分別對激波結(jié)構(gòu)、火焰結(jié)構(gòu)、湍流燃燒等經(jīng)典算例進(jìn)行了數(shù)值驗(yàn)證工作,并將計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或分析解進(jìn)行了定性和定量的對比,驗(yàn)證了我們構(gòu)建的數(shù)值分析工具能準(zhǔn)確模擬激波火焰相互作用問題,可準(zhǔn)確描述捕捉流場特征,并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格資源的合理化分配,有效降低計算規(guī)模。
【關(guān)鍵詞】：激波火焰相互作用 各向異性自適應(yīng)網(wǎng)格 增厚火焰模型 大渦數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V231;V430
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 緒論13-29
• 1.1 激波火焰相互作用研究的背景及意義13-24
• 1.1.1 超燃沖壓發(fā)動機(jī)14-16
• 1.1.2 爆轟發(fā)動機(jī)16-24
• 1.2 數(shù)值模擬研究激波火焰相互作用的技術(shù)難點(diǎn)和處理方法24-27
• 1.2.1 數(shù)值模擬難點(diǎn)24-25
• 1.2.2 各向異性自適應(yīng)網(wǎng)格25
• 1.2.3 高階離散格式25-26
• 1.2.4 湍流燃燒數(shù)值模擬26-27
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容27-29
• 第2章 多組分氣相反應(yīng)流的控制方程及物理模型29-37
• 2.1 多組分氣相反應(yīng)流動控制方程29-31
• 2.1.1 雷諾輸運(yùn)定理29
• 2.1.2 混合氣體的質(zhì)量方程29-30
• 2.1.3 單組分氣體運(yùn)輸方程30
• 2.1.4 混合氣體的動量守恒方程30-31
• 2.2 本構(gòu)方程31-33
• 2.2.1 應(yīng)力張量31-32
• 2.2.2 組分?jǐn)U散速度32-33
• 2.2.3 熱流通量33
• 2.3 氣體熱物性參數(shù)和輸運(yùn)參數(shù)33-35
• 2.3.1 熱物性參數(shù)33-34
• 2.3.2 單組分運(yùn)輸參數(shù)34-35
• 2.4 本章小結(jié)35-37
• 第3章 湍流數(shù)值模擬技術(shù)37-47
• 3.1 大渦模擬技術(shù)37-43
• 3.1.1 濾波方程及亞格子模型封閉37-43
• 3.2 增厚火焰模型43-47
• 3.2.1 增厚火焰模型的數(shù)學(xué)描述43-44
• 3.2.2 大渦模擬與增厚火焰燃燒模型44-45
• 3.2.3 動態(tài)增厚火焰模型(DTFM)45-47
• 第4章 可壓縮流場的邊界處理技術(shù)47-55
• 4.1 NS方程線化47-48
• 4.2 特征方程48-49
• 4.3 特征變量49-51
• 4.4 邊界特征量的校正51-55
• 4.4.1 聲速出口邊界51-52
• 4.4.2 進(jìn)口邊界52-53
• 4.4.3 無滑移壁面邊界53-55
• 第5章 基于各向異性非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的自適應(yīng)技術(shù)55-72
• 5.1 基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的數(shù)值模擬方法55-63
• 5.1.1 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格高階計算簡介55-56
• 5.1.2 單元頂點(diǎn)型存儲技術(shù)及控制方程離散56-59
• 5.1.3 對流項(xiàng)處理方法之1：Lax-Wendroff離散格式59-61
• 5.1.4 對流項(xiàng)處理方法之2：TTGC離散格式61
• 5.1.5 粘性項(xiàng)處理方法61
• 5.1.6 人工粘性和激波捕捉61-62
• 5.1.7 并行燃燒模擬程序包(PCP)62-63
• 5.1.8 小結(jié)63
• 5.2 各向異性非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格自適應(yīng)求解方法63-72
• 5.2.1 各向異性網(wǎng)格和度量張量基本概念64-65
• 5.2.2 各向異性自適應(yīng)網(wǎng)格生成技術(shù)框架65-67
• 5.2.3 度量空間張量矩陣構(gòu)造67-70
• 5.2.4 基于度量張量的各向異性網(wǎng)格生成70-72
• 第6章 典型算例的驗(yàn)證72-86
• 6.1 簡介72
• 6.2 超聲速楔形體繞流72-74
• 6.3 一維層流預(yù)混火焰74-76
• 6.4 二維對沖火焰76-80
• 6.5 三維本生燈火焰80-84
• 6.6 本章小結(jié)84-86
• 第7章 結(jié)論與展望86-89
• 7.1 結(jié)論86-87
• 7.2 研究展望87-89
• 參考文獻(xiàn)89-93
• 作者簡介93

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本文編號：1121010