場(chǎng)協(xié)同流動(dòng)分析模型基礎(chǔ)研究.pdf

1、目前，計(jì)算流體力學(xué)可以給出較為豐富的計(jì)算結(jié)果，例如流場(chǎng)的速度、壓力、流線等，為分析流動(dòng)過(guò)程和尋求流固耦合優(yōu)化設(shè)計(jì)提供直觀幫助，但是依然沒(méi)有關(guān)于流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)一步分析的方法，流固耦合和優(yōu)化設(shè)計(jì)多依靠分析人員的經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷。流動(dòng)減阻方法多種多樣，但缺少流場(chǎng)定量分析的支撐。本文在換熱場(chǎng)協(xié)同原理的指引下，通過(guò)研究流體所受合力和運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系，建立了速度場(chǎng)、速度梯度場(chǎng)之間的耦合協(xié)同關(guān)系，提出了流動(dòng)場(chǎng)協(xié)同分析模型，試圖為流固耦合提供理論、計(jì)算新

2、工具。
　　1)借用換熱場(chǎng)協(xié)同中建立的溫度梯度場(chǎng)、速度場(chǎng)之間相耦合的思想，分析了流體速度和速度梯度之間夾角與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的關(guān)系，提出使用速度和速度梯度夾角作為兩個(gè)場(chǎng)之間耦合度聯(lián)系指標(biāo)的場(chǎng)協(xié)同角。
　　2)通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)，給出了場(chǎng)協(xié)同角的物理定義和數(shù)學(xué)表達(dá)式。在場(chǎng)協(xié)同角定義之后，通過(guò)流體運(yùn)動(dòng)方程（即N-S方程）和數(shù)理分析，并采用Favre平均定義替代了流體動(dòng)力學(xué)分析常見(jiàn)的時(shí)間平均，聯(lián)立質(zhì)量守恒方恒，得出了基于場(chǎng)協(xié)同概

3、念的流動(dòng)分析模型。在場(chǎng)協(xié)同角和分析模型基礎(chǔ)上，在常見(jiàn)的層流不可壓縮、層流可壓縮和湍流不可壓縮三種典型運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，對(duì)場(chǎng)協(xié)同流動(dòng)分析模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，分別得出了對(duì)應(yīng)的場(chǎng)協(xié)同分析模型。這三種模型可以依據(jù)Re數(shù)區(qū)分的流動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行各自使用的流場(chǎng)分析和優(yōu)化。
　　3)為了直觀給出場(chǎng)協(xié)同分析模型的適用性和優(yōu)化結(jié)果評(píng)價(jià)，選用了兩種層流不可壓縮模型、一種湍流不可壓縮模型進(jìn)行試算。在計(jì)算流體力學(xué)對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算以后，使用本文提出的場(chǎng)協(xié)同流動(dòng)分析模型、編寫(xiě)

4、程序，對(duì)流場(chǎng)結(jié)果進(jìn)行再次加工和分析計(jì)算，給出了新的計(jì)算結(jié)果，其顯示方式類(lèi)似于速度云圖，命名為“場(chǎng)協(xié)同數(shù)云圖”。從而該結(jié)果為計(jì)算流體力學(xué)添加了新的數(shù)據(jù)和分析工具。
　　4)在場(chǎng)協(xié)同分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，嘗試對(duì)固體壁面進(jìn)行改進(jìn)，得出了場(chǎng)協(xié)同數(shù)更優(yōu)的流固耦合結(jié)構(gòu)，再次通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)進(jìn)行計(jì)算，分析結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后的壓力變化，發(fā)現(xiàn)阻力下降、場(chǎng)協(xié)同數(shù)提高的結(jié)果，從而證明了本文提出的場(chǎng)協(xié)同分析模型的正確性和有效性。
　　5)為了將基于質(zhì)點(diǎn)的場(chǎng)協(xié)