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可压缩湍流大涡模拟(LES)是研究飞行器流动机理及控制的重要手段,在飞行器气动设计及计算中发挥着重要作用。可压缩湍流LES对数值方法要求苛刻,合理控制耗散是该方法成功的关键。本文针对可压缩大涡模拟中的数值耗散控制进行了深入的研究,对面向基础研究的高分辨率计算和工程计算分别提出了不同的控制方案,并在可压缩湍流的直接数值模拟以及大涡模拟上进行了数值实验。具体的研究内容如下, (1)面向可压缩湍流的高分辨率数值模拟,发展了基于中心格式的,在光滑区域不添加人工粘性的计算框架,并将其写入李新亮研究员开发的opencfd-sc开源软件中。这个计算框架主要适用于相对简单外形湍流场的精细模拟,如槽道、平板边界层、激波边界层干扰等。该类流动的机理研究,要求得到精细的流动结构,对数值粘性的要求比较苛刻,最理想的方法就是在激波以外的区域不添加任何人工粘性。新的计算框架使用三次斜对称分裂对对流项进行处理,利用拉普拉斯分裂对粘性项进行处理,并且使用具有SBP性质的边界格式处理边界附近的导数,在边界处采用特征边界条件,这样就可以保证在可压缩湍流的计算中,即使在光滑区不添加任何人工粘性也能保证计算的稳定性和精度,对于激波的处理,采用Ducros识别器识别并混合WENO格式进行计算,只在极少的区域内使用WENO格式,保证了光滑区的计算品质。 (2)提出了一套分析非线性权和激波识别器在傅里叶空间性质的分析方法,该方法为统计分析方法,能够分析非线性权和激波识别器在不同波数的平均性质以及平均脉动水平,利用这个分析方法可以对非线性权和激波识别器在光滑区的表现作出分析,并可以以此指导构建光滑区性质良好的非线性格式。 (3)提出了一个可以识别当地波数大小的波数识别器。波数识别器根据不同二阶导数差分格式在高低波数的性质差异构造,识别器可以根据局部流场信息判断当地波数大小,为以后构建自适应耗散的差分格式提供支撑。 (4)针对工程计算,利用波数识别器构造了四阶精度自适应耗散的激波捕捉格式MUSCL4-AD,新格式可以根据当地波数的大小自适应添加耗散,保证了低波数的分辨率以及高波数的稳定性,格式采用保单调限制器捕捉激波,亦能应用到含有激波的流动中去,新格式只含有五个模版点,适合于工程流动的计算。 (5)利用波数识别器构造了四阶精度自适应耗散的二阶导数差分格式OCD4,新格式利用波数识别器自适应的优化分辨率,新格式只用五点模板就达到了和谱方法相当的分辨率。