针对近连续流过渡区多尺度绕流问题,学界发展了N-S(Navier-Stokes)/DSMC(direct simulation Monte Carlo)耦合方法,大多数此类求解器面临着耦合界面波动失稳的难题,因此对复杂外形和耦合界面的通用性值得重点研究。鉴于非结构网格面向...针对近连续流过渡区多尺度绕流问题,学界发展了N-S(Navier-Stokes)/DSMC(direct simulation Monte Carlo)耦合方法,大多数此类求解器面临着耦合界面波动失稳的难题,因此对复杂外形和耦合界面的通用性值得重点研究。鉴于非结构网格面向复杂外形高度的贴体性、优良适应性以及工程领域对过渡流区高效通用型计算方法的需求,提出并实现了一套三维复杂界面四面体非结构网格N-S/DSMC耦合方法用于模拟高超声速过渡流。该方法使用局部克努森数作为连续失效参数划分连续/稀薄区域,并生成三维复杂N-S/DSMC耦合界面,沿分界面两侧分别推进一层或多层界面信息传递单元,基于边界状态法进行信息耦合。该耦合方法无需对复杂不规则分界面作光滑和修型处理,具备对复杂过渡流区工程问题数值模拟的通用性。分别对三维高超声速圆球和钝锥绕流进行模拟,数值结果显示:与参考文献中的DSMC方法相比,激波处数值和壁面特征值基本一致,最大误差不超过8%,但计算效率分别提高了1.74倍和2.28倍,验证了该耦合方法的正确性和高效性。展开更多
使用隐式大涡模拟方法,研究传统球锥外形、幂次率外形以及冯·卡门外形3种母线形状对整流罩外壁面脉动压力环境的影响。研究结果表明:在跨声速条件下,3种外形都在折角区域产生激波/分离泡干扰现象,从而产生脉动压力的峰值,且峰值位...使用隐式大涡模拟方法,研究传统球锥外形、幂次率外形以及冯·卡门外形3种母线形状对整流罩外壁面脉动压力环境的影响。研究结果表明:在跨声速条件下,3种外形都在折角区域产生激波/分离泡干扰现象,从而产生脉动压力的峰值,且峰值位置与时均激波位置基本一致;幂次率外形与冯·卡门外形能够显著减缓该区域的脉动压力环境,均方根脉动压力的极值比传统球锥外形低17%;由于分离点位置前后移动,使得母线折点与分离点之间的流动速度变化剧烈,同样会引起脉动压力的峰值,而冯·卡门母线在折点处过渡均匀,膨胀加速效应较弱,峰值并不显著。通过瞬时流场涡结构以及声压级频谱分析可知:传统球锥外形在折角之前的锥面区域湍流发展较慢,声压级要低于幂次率与冯卡门外形;分离再附后,传统球锥外形涡结构发展迅速,声压级比其他两种外形高出10 d B左右。展开更多
文摘针对近连续流过渡区多尺度绕流问题,学界发展了N-S(Navier-Stokes)/DSMC(direct simulation Monte Carlo)耦合方法,大多数此类求解器面临着耦合界面波动失稳的难题,因此对复杂外形和耦合界面的通用性值得重点研究。鉴于非结构网格面向复杂外形高度的贴体性、优良适应性以及工程领域对过渡流区高效通用型计算方法的需求,提出并实现了一套三维复杂界面四面体非结构网格N-S/DSMC耦合方法用于模拟高超声速过渡流。该方法使用局部克努森数作为连续失效参数划分连续/稀薄区域,并生成三维复杂N-S/DSMC耦合界面,沿分界面两侧分别推进一层或多层界面信息传递单元,基于边界状态法进行信息耦合。该耦合方法无需对复杂不规则分界面作光滑和修型处理,具备对复杂过渡流区工程问题数值模拟的通用性。分别对三维高超声速圆球和钝锥绕流进行模拟,数值结果显示:与参考文献中的DSMC方法相比,激波处数值和壁面特征值基本一致,最大误差不超过8%,但计算效率分别提高了1.74倍和2.28倍,验证了该耦合方法的正确性和高效性。
文摘使用隐式大涡模拟方法,研究传统球锥外形、幂次率外形以及冯·卡门外形3种母线形状对整流罩外壁面脉动压力环境的影响。研究结果表明:在跨声速条件下,3种外形都在折角区域产生激波/分离泡干扰现象,从而产生脉动压力的峰值,且峰值位置与时均激波位置基本一致;幂次率外形与冯·卡门外形能够显著减缓该区域的脉动压力环境,均方根脉动压力的极值比传统球锥外形低17%;由于分离点位置前后移动,使得母线折点与分离点之间的流动速度变化剧烈,同样会引起脉动压力的峰值,而冯·卡门母线在折点处过渡均匀,膨胀加速效应较弱,峰值并不显著。通过瞬时流场涡结构以及声压级频谱分析可知:传统球锥外形在折角之前的锥面区域湍流发展较慢,声压级要低于幂次率与冯卡门外形;分离再附后,传统球锥外形涡结构发展迅速,声压级比其他两种外形高出10 d B左右。
