WCNS在熱化學非平衡流數值模擬中的應用與研究.pdf

1、隨著CFD技術的發(fā)展，高精度格式因其相對較高的計算效率和廣闊的發(fā)展前景，近期受到廣泛關注。加權緊致非線性格式（WCNS）是由鄧小剛提出的一類高階有限差分格式，滿足幾何守恒律（GCL），已經成功應用于多種類型流動計算。本文首次將WCNS引入熱化學非平衡流數值模擬，既是對該高精度格式應用領域的拓展，也是為提升高超聲速高溫非平衡流場模擬精度和復雜流場精細結構捕捉能力進行技術儲備。
　　首先，編制了采用 WCNS-E-5格式的二維完全氣體

2、程序。將程序應用于渦保持算例、二維黎曼問題、亞聲速無粘管道流等經典驗證算例，測試了格式的實現精度，并考察了不同通量格式、邊界條件等因素對計算精度的影響。應用于超聲速圓柱繞流模擬，驗證了激波脫體距離和壓力分布的正確性。
　　在此基礎上，添加課題組已有的化學反應動力學求解模塊，調試成功采用WCNS-E-5格式的二維和軸對稱熱化學非平衡流程序。依次進行了二維圓柱、軸對稱球錐和二維壓縮拐角熱化學非平衡流動的數值模擬，探討了高階格式在剛性化

3、學反應流模擬中的魯棒性問題，并針對具體算例采取處理措施：例如修改格式中非線性插值和粘性項處理方法，在部分算例中對組元方程和振動能方程進行降階處理，混合應用二階和五階格式，有效提高了程序的魯棒性。通過調整網格分布有效抑制了高階格式在激波交匯處容易出現震蕩的現象。
　　對比分析高階和二階格式結果及相關文獻和實驗數據表明，本文的高階格式非平衡流程序能夠獲得合理的非平衡流場參數分布、壁面熱流特性和流動分離特性，在鈍頭體駐點熱流計算方面的網