應用大渦模擬（LES）進行計算流體力學（CFD）數(shù)值仿真時,高階離散格式雖然能夠提高數(shù)值精度,但更高網(wǎng)格分辨率的要求會大大提高計算量。對現(xiàn)有離散格式進行合理改進,建立更高效率和精度的離散格式,能夠在降低網(wǎng)格要求的同時保證數(shù)值精度。本文基于Gauss linear和Upwind兩種常用離散格式,混合建立一種改進離散格式。基于類車體Dshap算例試驗結(jié)果,對比分析3種離散格式下大渦模擬的仿真結(jié)果表明,經(jīng)過改進的離散格式具有更高的求解精度和收斂性。進一步應用經(jīng)過改進的離散格式,采用大渦模擬分析不同離地間隙下類車體Dshap的外流場特性,結(jié)果表明:地面的存在能夠提高模型的氣動穩(wěn)定性;合適的離地間隙能夠使模型在保持較低氣動阻力的同時降低氣動升力。本文方法可以為大渦模擬車外流場提供重要參考,具有較強的工程實際意義。 

【文章來源】：吉林大學學報(工學版). 2019,49(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

Dshap模型Fig.2Dshapmodel

杏αΑ５?i=j時，δij=1；當i≠j時，δij=0。μt為湍動黏度，是人為定義用來描述流場湍動性質(zhì)的參數(shù)，其計算公式為：μt=(CSΔ)2|Sˉ|（7）式中：Δ為網(wǎng)格尺寸大�。籆S為Smagorinsky常數(shù)，取值0.17。|Sˉ|=2-Sij-Sij（8）-Sij=12(-uixj+-ujxi)（9）2改進離散格式根據(jù)一維計算問題對Gausslinear和Upwind兩種對流項常用離散格式進行說明。圖1為一維問題的計算網(wǎng)格，用P表示一個廣義的節(jié)點，其左、右兩側(cè)的相鄰節(jié)點分別用W和E表示。節(jié)點P代表的控制體積的左、右兩個界面分別用e和w表示，兩個界面之間的距離用Δx進行表示。一維條件下控制方程的通用形式為：d(ρu)dx=ddx()Γddx（10）式中：為廣義變量；Γ為廣義擴散系數(shù)。對控制方程在控制體P上進行體積分，根據(jù)高斯定理轉(zhuǎn)化為面積分得到式（11）：(ρuA)e-(ρuA)w=()ΓAddxe-()ΓAddxw（11）式中：A為控制體P的界面e和w的界面面積，對方程進行簡化，令F=ρu，D=Γ(δx)，這樣得到簡化方程為：Fee-Fww=De(e-P)-Dw(P-w)（12）采用Gausslinear對對流項進行離散時，未知量在界面之間的變化具有以下形式：ìíe=()P+E2w=()P+W2（13）將式（13）代入對流項得到Gausslinear離散格式下的

造型因素干擾，并與標準試驗結(jié)果進行對比，得到更具有說服力的結(jié)論。為了確保流場的充分發(fā)展，準確解析出流場的三維效應，計算域的長和寬分別設為16D×16D，展向方向長度設為4D。采用具有更好收斂性的六面體網(wǎng)格對計算域進行劃網(wǎng)格分性。因為壁面流場的速度梯度比較大，所以需要對模型表面網(wǎng)格進行精細劃分。對壁面網(wǎng)格進行劃分時選取Y+=1，將第一層網(wǎng)格高度設置為2.5×10-5m，邊界層內(nèi)網(wǎng)格高度增長率設置為1.2，以保證較好的網(wǎng)格過渡性。最終得到網(wǎng)格數(shù)目為1.97×107，如圖3所示。在對邊界條件進行設置時，將計算域兩側(cè)以及上、下表面都設置為對稱邊界條件，排除壁面對流場的影響。仿真計算雷諾數(shù)Re=13000，入口流速設置為8m/s，出口設置為壓力出口邊界條件。在進行求解設置時選用表1中3種離散格式進行對比驗證。時間步設置為3×10-6s，以確保仿真計算時庫朗數(shù)小于1。3.2仿真與試驗結(jié)果對比仿真的數(shù)值結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)見表2。對比阻力系數(shù)Cd，可以發(fā)現(xiàn)采用Lust離散格式的仿真結(jié)果與試驗誤差最小，誤差為2.7%；而采用Upwind離散格式的仿真結(jié)果與試驗誤差達到了10.9%。對比斯特勞哈爾數(shù)St，Lust離散格式的精度也高于Upwind離散格式，且與試驗的誤差僅為2.7%，在可接受的范圍內(nèi)。兩組結(jié)果對比說明了改進離散格式能夠同時保證瞬態(tài)結(jié)構特征和穩(wěn)態(tài)數(shù)值結(jié)果的準確性。圖4顯示了模型尾跡處中心平面上3個位置的時均流向速度分布，圖4（a）（b）（c）分別為3種圖3計算域網(wǎng)格劃分Fig.3Computationaldomainmeshgeneration表1三種離散格式Table1Threediscreteschemes

【參考文獻】：
期刊論文
[1]求解對流擴散方程的低耗散中心迎風格式[J]. 程曉晗,封建湖,鄭素佩.  應用數(shù)學. 2017(02)
[2]不同RANS/LES混合模型的汽車氣動噪聲分析[J]. 謝超,谷正氣,楊振東,宗軼琦,楊曉濤,羅澤敏.  汽車工程. 2015(04)
[3]幾種常用格式和湍流模型在高速流動中的適用性研究[J]. 石磊,閆溟,楊云軍,周偉江.  航空動力學報. 2014(08)
[4]NACA0018翼型模型的仿生降噪[J]. 石磊,張成春,王晶,王永華,張雪鵬,任露泉.  吉林大學學報(工學版). 2011(06)
[5]非結(jié)構網(wǎng)格的高精度有限體積離散格式[J]. 賴煥新,邢改蘭,云楚燁.  工程熱物理學報. 2010(09)
[6]對流項離散格式的對比與討論[J]. 張東升,李增耀,陶文銓,王秋旺.  工程熱物理學報. 2004(04)
[7]地面效應對汽車外部流動的影響[J]. 謝今明,張揚軍,涂尚榮.  機械工程學報. 2003(03)



本文編號：3046596