復雜化學反應流場數值模擬的無網格方法及應用.pdf

1、無網格方法由于其空間離散只依賴節(jié)點的點云，無需將節(jié)點互連構成網格，對于包含復雜幾何結構或運動剛體的流動問題具有傳統(tǒng)數值方法無法比擬的靈活性、優(yōu)越性。本文對復雜化學反應流場數值模擬的無網格方法及應用展開了研究。
　　首先，通過對邊界節(jié)點權重設置、理想推進點位置及權重計算、最佳推進點選取準則等關鍵問題的研究，發(fā)展了一套帶權點填充布點方案，實現了復雜結構流場的均勻、非均勻布點，點云的構建則在布點過程中同步完成。布點試驗表明該方法布點效果

2、理想，并且具有良好的健壯性，為后續(xù)化學反應流動的無網格數值模擬奠定了基礎。
　　然后，采用二維多組分Euler方程進行流體動力學建模，在當地點云離散的基礎上，應用最小二乘擬合逼近空間導數，引入多組分HLLC(Harten-Lax-van Leer-Contact)格式和AUFS(Artificially Upstream Flux Vector Splitting)格式計算對流通量，并結合MUSCL方法對中心點和衛(wèi)星點間中點兩側的

3、流動變量進行重構，以提高計算精度;對于化學反應計算中的剛性問題，利用二階精度的Strang分裂方法處理，其中流動方程運用四階Runge-Kutta法顯式推進，化學反應微分方程采用有限速率反應模型和隱式線性化方法求解，進而建立了一套非平衡化學反應流場數值模擬的無網格算法，并將其拓展到三維空間。通過激波誘導燃燒、斜劈誘導爆轟、胞格爆轟等標準算例，檢驗了算法的可行性、準確性。
　　隨后針對包含運動剛體的流動問題，創(chuàng)建了待刪節(jié)點的判斷依據

4、，提出了重構空腔的快速確定方法，并調用帶權點填充方法對空腔進行布點，采用線性插值進行新舊節(jié)點流動參數的傳遞，實現了畸形點云的重構。進而基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)形式Euler方程，在前文研究的基礎上，建立了包含動邊界非平衡化學反應流動的無網格數值模擬算法。鑒于重構過程一定程度上增加了計算量，為了進一步擴大計算規(guī)模、提高計算效率，基于SPMD(Single-Program Multiple-D

5、ata)模型對上述算法進行了并行化處理，其消息傳遞采用MPI(Message Passing Interface)。通過對圓柱繞流和7.62mm機槍理想發(fā)射過程的模擬驗證了快速重構方法的有效性。
　　最后，對復雜化學反應流動數值模擬的無網格算法在實際工程問題中的應用能力進行了檢驗。對不同錐角、飛行速度時，彈丸誘導爆轟波流場進行了數值模擬;對不含、含尾噴管時，脈沖爆轟發(fā)動機單循環(huán)過程內外流場進行了數值計算;重點對12.7mm高射機槍