混合解析/数值方法及其在湍流模拟问题中的应用

来源 :清华大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haohade
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
针对带小时间尺度的源项的方程描述的流动问题,我们提出了混合解析/数值方法。混合解析/数值的方法的基本思想是,分裂原始方程组为对流—扩散部分的偏微分方程和源项的常微分方程。偏微分方程采用合适的数值方法求解,而常微分方程采用解析方式积分。 首先以一个模型方程为研究对象,导出了传统数值方法和混合方法各自的修正方程及其理论误差。两者理论误差的比较表明混合方法,提高了源项处理的精度,降低了混合方法的整体数值误差。当时间步长小于源项时间尺度的时候,混合方法同传统方法一样精确地捕捉了所有的时间尺度。当时间步长处于源项时间尺度和平均流动时间尺度之间的时候,混合方法可以捕捉住平均流动时间尺度,而传统方法给出不正确的结果。已经知道时间分裂算法在含源项双曲系统的定常问题计算中,会导致数值振荡。我们分析了此类问题引发定常误差的原因和估计问题,找到了一个控制刚性参数R定量评估定常解的数值误差,刚性参数代表对流时间尺度同源项松弛时间尺度之比。正是源项的刚性,导致了分裂算子计算定常解的数值振荡。在几个典型类型的源项上的数值计算,都很好地符合我们的估算。进一步,我们用该方法分析了标准k-ε湍流模型。发现对于湍流模型,收敛到定常态的解存在困难。为此,我们发展出了非分裂方式的混合解析/数值方法,在计算该类问题时候,能够收敛到定常态。 导出了非惯性框架下流动,带化学反应流动,和高Reynolds数和低Reynolds数k-epsilon双方程湍流模型的源项的解析解。 采用了混合方法求解了绕振荡翼型的无粘流动和含源项的间断移动问题。最后,重点研究了混合方法在高、低雷诺数双方程湍流模型的数值计算上的应用。我们通过对源项解析解行为的分析,提出了一系列合理的数值方法和实现措施,保证了混合方法的正确求解。结合一些低雷诺数湍流模型,和射流、激波—边界层干扰、扩散管道和分离流动,以及NLR7301翼型等问题进行了数值计算。混合方法都给出了优于传统方法的计算结果,不但提高了数值稳定性,而且加快了计算的收敛速度。
其他文献
该文对磁流变阻尼器的阻尼特性及安装磁流变阻尼器结构的减震控制进行了较为详细的研究,完成了以下几方面的研究工作:研究了磁流变阻尼器对建筑结构地震响应被动控制的控制规
随着潜艇技术的飞速发展,更为准确的预报潜艇水面与水下近水面航行状态下的波浪力显得尤为重要。本文的主要目的是基于二阶波浪力切片理论,建立求解潜艇近水面航行的波浪力数学
高效课堂的生成需要新课程理念的转变,教师传统教学方法的反思与变通,还有学生积极主动的学习态度和民主科学的情感价值观的培养和形成.老师的教与学生的学如何促成高效学习
生物反应器是生物工程中不可缺少的重要设备,是各种生物技术诞生的摇篮,已在制药、食品、农业、保健品及遗传工程等领域得到广泛应用。 本课题结合实际工程项目,根据生物反应
“香液袭,玉露汲,雨前采,箬为笠。”这是曼生紫砂壶上的铭文,说起曼生壶,不得不说这是诗、书、篆刻、壶的完美结合。陈曼生将紫砂壶从纯粹的生活用品提升到文人赏玩藏品,在紫
结构优化设计能为工程及产品设计提供一种重要的科学设计方法,是计算力学及现代设计制造领域的重要研究方向.本文的主要研究工作包括:针对具有离散变量的桁架结构拓扑优化问
该文基于动力测试和分析的方法,在理论推导、试验分析以及数值计算等方面做了大量的工作.论文研究了现有桥梁状态检测技术并给出了一些新的结构测试方法;分析了结构损伤对结
本文首先分析了线路故障引起的PCC点电压暂降特征量,并推导出电压暂降在不同连接方式变压器中的传递矩阵。基于EMTDC/PSCAD仿真软件建立廊坊开发区10kV配电系统模型,采用蒙特卡罗法(Monte-Carlo)产生故障变量随机数,模拟系统短路故障的发生,并针对四种运行方式各进行了5000次仿真。利用Visual Basic.net编写仿真数据处理程序处理海量数据,得到各PCC点和负荷侧电压暂降分
该文基于统一强度理论,对岩土工程中的一些主要问题进行了多方面的探索性的研究.基于统一弹塑性本构模型,采用统一弹塑性有限元方法(UEPP)分析了洞室和地基在不同的统一强度
多变量预估控制的实施是一项复杂的系统工程。除了采用优秀的多变量预估控制软件外,现场一次仪表的运行状况对多变量预估控制的控制效果至关重要。特别是工业气相色谱分析仪