三维平面射流的自适应网格隐式大涡模拟

来源 :第十届全国流体力学学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xj2jx0oo0
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  平面湍动射流在燃烧、动力推进等领域中有着广阔的应用前景。目前关于平面射流的大涡模拟研究中通过显式的亚格子模型来对亚格子尺度进行封闭,而隐式大涡模拟(ILES)利用对流项离散时产生的非线性误差作为亚格子模型来封闭方程,具有计算效率高、应用简单等特点。自适应网格(AMR)通过运行时动态对计算特征区域局部加密,能有效降低全局计算域的网格数,减小计算量提高计算效率。
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气体动理学格式(Gas-Kinetic Scheme GKS)是近年发展起来的一种基于介观气体动理论的新型数值方法.GKS利用BGK方程的近似解来构造网格界面上随时间演化的通量,自动耦合粘性和无粘通量,在连续流区的计算量和传统直接基于NS方程的CFD方法相当.由于BGK方程可以描述任意初始分布函数的演化过程,内涵自适应耗散机制,因而在多种流动,尤其是高马赫数粘性流动中能更好地兼顾精度与稳健性.
在多体分离、舱门开启、返回舱降落与螺旋桨滑流等非定常流动模拟中,常采用嵌套网格“挖洞”、找点和插值等技术。在不同网格之间通常采用插值方法解决网格之间的信息传递,实质就是根据背景网格的物理量分布在插值网格上重建物理量。嵌套网格间高精度插值是保证流场计算正确的重要基础。
本文提出了一种梯度光滑法(Gradient Smoothing Method,GSM)与格子Boltzmann的耦合数值方法。基于宏观与介观两种流体计算方法的耦合,该方法能够实现多尺度数值模拟。根据计算需要,计算域可进行分区划分并建立耦合区域。在耦合区域边界上利用重构算子实现GSM中的宏观变量与LBM中的密度分布函数之间的流动信息传递,而且这两种变量在其对用的方法中均存储在网格节点上。
在针对复杂外形的网格生成方法中,相对于传统的分区结构网格方法和非结构网格生成方法,自适应笛卡尔网格在自动化生成高质量网格方面具有很大优势。目前,笛卡尔方法在无粘和层流流动等问题上已经取得了很多成功的应用,但是湍流问题对于该方法而言仍然较难处理。本文基于自适应笛卡尔网格生成技术,发展适用于高雷诺数可压缩流动问题自动高效的网格生成方法。
针对三维粘性流动提出了一种快速指数时间推进格式,并成功应用到三维任意高阶间断有限元的时间推进计算中。这种新型指数格式具有强稳定性、无时间步长约束、绝对时间误差低的特点;对定常,非定常流动均能高效求解。在定常流动计算中,其收敛速度与隐格式相当;在非定常流动中,其精度与效率之比远超于常用的二阶精度全隐后差分格式(BDF2)。
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将CPU集群下成熟的非结构网格CFD软件移植到GPU异构平台.构建了适用于GPU架构且线程安全的矢量化循环;建立了无数据依赖的DP-LUR隐式时间推进方法;利用CUDA提供的统一内存管理技术,以较小的改造开销实现了基于GPU异构体系的非结构网格CFD数值模拟软件,在双精度下单GPU对单CPU处理器核的加速比超过6.
为研究某型多功能烤箱内温度分布,优化烤箱结构参数,提升内部温度均匀性,通过试验测试和数值模拟两种方式进行研究。采用9点分布式热电偶实时测量烤箱每层温度场分布,针对烤箱温度均匀性指标进行了测量与分析。运用计算流体力学知识对烤箱内部温度场进行了数值模拟。
亚音速投放试验中通常基于动力相似准则设定模型参数和试验条件。为研究外挂物投放试验中采用动力相似准则进行轨迹捕获所造成的误差,本文首先对NACA0012翼型以及外挂物投放标模在不同马赫数、攻角下的气动力系数进行计算,分析气动力系数随马赫数的变化趋势。