發(fā)布時間：2021-02-04 21:36

　　在船舶與海洋工程領域中,流體力學無論在理論研究還是在工程應用方面均具有重要的意義,而隨著數(shù)值計算方法的和計算機硬件的發(fā)展,計算流體力學已經(jīng)成為船舶與海洋結構物水動力性能計算和預報的重要工具。對于具有復雜形狀問題域的問題,采用結構化網(wǎng)格需要花費大量的時間,相比之下,采用非結構網(wǎng)格的數(shù)值計算方法更具優(yōu)勢,而如何計算非結構網(wǎng)格下計算流體力學中的偏微分方程成為開發(fā)基于非結構網(wǎng)格數(shù)值方法的關鍵。此外,海洋工程的研究對象往往具有跨越多個數(shù)量級的幾何尺度,在單一尺度下的數(shù)值方法很難同時滿足不同尺度下計算精度和成本的需要,而建立宏觀和介觀數(shù)值方法的耦合體系,能夠很好地解決這一難題。近年來發(fā)展的梯度光滑法（Gradient Smoothing Method,GSM）基于適用于復雜問題域剖分的非結構化網(wǎng)格,采用梯度光滑技術,具有靈活、準確且對網(wǎng)格畸變不敏感等優(yōu)點。因此,本文開展了非結構網(wǎng)格下梯度光滑法在計算流體力學方面的研究。論文的主要工作如下:（1）在非結構網(wǎng)格下,采用梯度光滑法對對流方程進行數(shù)值計算。本文回顧了現(xiàn)存的主要對流格式,并進行了詳盡地分析,特別是對于TVD（Total Variation D... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：164 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
英文縮寫注釋表
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 非結構網(wǎng)格CFD方法的研究現(xiàn)狀及應用
        1.2.1 結構網(wǎng)格與非結構網(wǎng)格
        1.2.2 對流方程與自由液面模擬
        1.2.3 多尺度問題的耦合算法
    1.3 數(shù)值離散方法的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 有限差分法
        1.3.2 有限體積法
        1.3.3 有限單元法
        1.3.4 光滑粒子流體動力學方法
        1.3.5 格子玻爾茲曼法
    1.4 梯度光滑技術的研究進展和現(xiàn)狀
    1.5 本文主要研究思路與內(nèi)容
2 梯度光滑法
    2.1 引言
    2.2 梯度光滑技術
    2.3 梯度光滑域
    2.4 空間導數(shù)的近似方案
    2.5 空間導數(shù)的離散格式
        2.5.1 兩點積分格式
        2.5.2 一點積分格式
        2.5.3 方向修正
    2.6 數(shù)值驗證
        2.6.1 精度分析
        2.6.2 魯棒性分析
    2.7 本章小結
3 非結構網(wǎng)格下對流方程的數(shù)值計算
    3.1 引言
    3.2 線性格式
        3.2.1 低階格式
        3.2.2 高階格式
        3.2.3 k格式
    3.3 非線性格式
        3.3.1 TVD格式
        3.3.2 NVD格式
        3.3.3 TVD/NVD格式間的聯(lián)系
    3.4 拓展TVD/NVD格式至非結構網(wǎng)格
        3.4.1 BJ算法
        3.4.2 現(xiàn)有非結構網(wǎng)格下的迎風點算法
    3.5 基于梯度光滑法的迎風點插值算法
        3.5.1 基本原理
        3.5.2 數(shù)值算例
    3.6 非結構網(wǎng)格下基于NVD的VOF算法
        3.6.1 計算模型
        3.6.2 現(xiàn)有的自由液面捕捉算法
        3.6.3 數(shù)值算例
    3.7 本章小結
4 非結構網(wǎng)格下不可壓縮流的數(shù)值計算
    4.1 引言
    4.2 控制方程
    4.3 空間離散
        4.3.1 對流項
        4.3.2 粘流項
    4.4 時間離散
        4.4.1 顯式時間格式
        4.4.2 隱式時間格式
        4.4.3 收斂加速技術
    4.5 邊界條件
    4.6 數(shù)值算例
        4.6.1 后臺階流動問題
        4.6.2 方腔頂蓋驅(qū)動流問題
        4.6.3 三角柱與圓柱的繞流問題
    4.7 本章小結
5 梯度光滑法與格子玻爾茲曼法耦合計算方法
    5.1 引言
    5.2 格子玻爾茲曼法
        5.2.1 玻爾茲曼方程
        5.2.2 BKG模型
        5.2.3 格子玻爾茲曼方程的數(shù)值離散
        5.2.4 邊界條件
    5.3 耦合算法
        5.3.1 分布函數(shù)重構算子
        5.3.2 空間耦合
        5.3.3 時間耦合
    5.4 GSM與LBM耦合算法程序的求解流程
    5.5 數(shù)值算例
        5.5.1 通道內(nèi)流動的耦合計算
        5.5.2 方腔頂蓋驅(qū)動流的耦合計算
        5.5.3 方柱繞流與多孔介質(zhì)流動的耦合計算
    5.6 本章小結
6 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
攻讀博士學位期間科研項目及科研成果
致謝
作者簡介


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]高精度有限體積格式及新型VOF自由界面捕捉算法[D]. 張帝.清華大學 2015



本文編號：3018974