將RANS與LES結合起來發(fā)展非定常湍流模擬方法是當前條件下兼顧精度和效率的可行途徑。本文對一種利用網(wǎng)格界面對RANS和LES進行顯式分區(qū)并開展耦合計算的WE-RANS/LES方法進行了發(fā)展。從該方法的RANS部分、LES部分和耦合界面三個要素著手開展研究,使這一多時空尺度/多物理模型耦合的湍流模擬方法初步成型,并促使其向實際應用發(fā)展。改進并完善了程序平臺NSAWET,通過改進時間推進方法、采用多重網(wǎng)格、改進MPI并行計算等手段改進計算效率,改進了程序框架使之能夠適應高精度格式的需求。完善了窗口嵌入技術,實現(xiàn)了指定區(qū)域局部網(wǎng)格加密等。改進了壓差及摩擦阻力的預測精度,為WE-RANS/LES方法的發(fā)展建立了良好的基礎。在RANS部分,選擇并研究了基于尺度自適應思想的k-kL模式,引入可實現(xiàn)性修正該模式改善了其計算穩(wěn)健性。該模式改進了RANS計算對湍流流動的預測精度和能力,尤其是預測大范圍分離的能力。將其應用于WE-RANS/LES方法中RANS區(qū)的非定常計算,可以用較小的計算代價捕捉大尺度非定常信息;并可提供流動尺度信息,有利于在RANS/LES界面構造人工湍流脈動。在LES部分,結合可... 

【文章來源】：清華大學北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
主要符號對照表
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 精細湍流模擬方法的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 湍流模擬方法分類及概述
        1.2.2 第二代URANS方法
        1.2.3 隱式大渦模擬方法
    1.3 嵌入大渦模擬類方法的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 ELES的特點
        1.3.2 近年的研究應用進展
        1.3.3 RANS/LES嵌入耦合方法
    1.4 人工湍流脈動構造方法的研究現(xiàn)狀
        1.4.1 一般流程
        1.4.2 均勻各向同性湍流的構造
        1.4.3 進展和評價
    1.5 本文的章節(jié)安排
第2章 研究基礎：NSAWET計算程序及改進
    2.1 NSAWET計算程序概述
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 數(shù)值方法和湍流模式
        2.1.3 窗口嵌入計算技術
    2.2 NSAWET計算程序的發(fā)展
        2.2.1 無矩陣LU-SGS方法
        2.2.2 完全多重網(wǎng)格方法
        2.2.3 基于MPI的分區(qū)并行策略的改進
    2.3 阻力預測性能的驗證與改進
        2.3.1 廣義Richardson外插方法
        2.3.2 壓差阻力預測
        2.3.3 摩擦阻力預測
        2.3.4 三維CRM翼身組合體的阻力預測精度分析
    2.4 實現(xiàn)RANS/LES嵌入耦合的思路
第3章 基于k-kL兩方程模式的 2G-URANS模擬
    3.1 k-kL兩方程模式
        3.1.1 模式方程
        3.1.2 可實現(xiàn)性修正
        3.1.3 可實現(xiàn)性修正的影響
    3.2 k-kL模式在定常問題中的應用
        3.2.1 二維Sajben跨音速擴壓器
        3.2.2 NACA0012半展長機翼梢渦
        3.2.3 三維CRM翼身組合體
    3.3 k-kL模式在非定常分離流動中的應用
        3.3.1 周期山算例描述
        3.3.2 二維定常計算
        3.3.3 三維非定常計算
    3.4 本章小結
第4章 基于MDCD/SLAU格式的隱式大渦模擬
    4.1 MDCD/SLAU數(shù)值格式
        4.1.1 MDCD格式
        4.1.2 SLAU格式
        4.1.3 數(shù)值特性的驗證
    4.2 簡單流動的大渦模擬
        4.2.1 不可壓縮均勻各向同性湍流
        4.2.2 Taylor-Green渦
        4.2.3 可壓縮均勻各向同性湍流
    4.3 內流問題的大渦模擬
        4.3.1 算例描述
        4.3.2 平面槽道湍流的計算結果
        4.3.3 周期山分離流動的計算結果
    4.4 亞臨界圓柱繞流的大渦模擬
        4.4.1 算例描述
        4.4.2 Re_D=2580的計算結果
        4.4.3 數(shù)值耗散和數(shù)值色散的影響
        4.4.4 Re_D=3900的計算結果
    4.5 本章小結
第5章 嵌入耦合的實現(xiàn)與驗證
    5.1 WE-RANS/LES的耦合界面條件
        5.1.1 嵌入耦合的基本過程
        5.1.2 LES區(qū)邊界的雙向信息傳遞
        5.1.3 RANS區(qū)邊界的雙向信息傳遞
    5.2 一種近似符合湍流能譜的過濾法
        5.2.1 現(xiàn)有人工湍流脈動構造方法
        5.2.2 統(tǒng)一形式的數(shù)值過濾器
        5.2.3 在均勻各向同性湍流衰減問題中的驗證
    5.3 嵌入耦合的驗證和應用
        5.3.1 平面槽道湍流
        5.3.2 OAT15A翼型繞流
        5.3.3 周期山分離流動
    5.4 本章小結
第6章 結論
參考文獻
致謝
個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3237350