非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格FVM在復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的湍流反應(yīng)流計(jì)算中的應(yīng)用研究.pdf

1、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有限體積法適合應(yīng)用于復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的流場計(jì)算，而SIMPLE系列算法適合應(yīng)用于工業(yè)上廣泛存在的低速流、不可壓流計(jì)算，歐拉-拉格朗日方法適合應(yīng)用于含稀疏顆粒相的流場計(jì)算。本文正是以這些理論為基礎(chǔ)展開工作，包括CGNS網(wǎng)格前后處理，壓力修正算法的實(shí)現(xiàn)和拓展，化學(xué)組分源項(xiàng)模型，顆粒相與氣相之間的相互作用等。分述如下： 本文提出了兩種將CGNS非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的快速算法，以作為本文操作非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的基

2、礎(chǔ)：內(nèi)部網(wǎng)格面的整數(shù)hash表算法和內(nèi)部雙面壁邊界網(wǎng)格面的實(shí)數(shù)hash表算法。由于CGNS非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格存儲(chǔ)的是網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，例如網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、每一個(gè)網(wǎng)格由哪些結(jié)點(diǎn)構(gòu)成等數(shù)據(jù)信息；而有限體積法離散過程中，需要用到大量的面積分，所以更多的需要網(wǎng)格面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。內(nèi)部網(wǎng)格面的構(gòu)造根據(jù)網(wǎng)格面兩側(cè)的網(wǎng)格在這個(gè)公共網(wǎng)格面上的結(jié)點(diǎn)序號相同的特點(diǎn)設(shè)計(jì)算法，雙面壁網(wǎng)格面則根據(jù)重合在一起的兩個(gè)邊界網(wǎng)格面中心距離接近于零，或者說小于某一個(gè)特征小量，比如該網(wǎng)格面面積

3、的算術(shù)平方根來設(shè)計(jì)算法。兩種hash表算法具有快速，內(nèi)存消耗量小于后續(xù)有限體積求解器內(nèi)存峰值的特點(diǎn)，使前處理算法不會(huì)成為整個(gè)計(jì)算的瓶頸。 在壓力修正方程的構(gòu)造過程中，考慮溫度修正量對密度修正量的影響，通過靜焓方程構(gòu)造溫度修正量與壓力修正量的關(guān)系，而這種做法的實(shí)際效果相當(dāng)于增強(qiáng)了壓力修正量方程線性代數(shù)方程組的主對角線。對于可壓縮流計(jì)算，在流量計(jì)算時(shí)，在線性插值和迎風(fēng)格式的基礎(chǔ)上，網(wǎng)格面上的密度值采用低階和高階的混合格式，動(dòng)量方程中

4、的壓力項(xiàng)處理為滯后的壓力梯度項(xiàng)，即線性插值計(jì)算方法，和網(wǎng)格面上的壓力積分之和，網(wǎng)格面上的壓力值則可以采用低階和高階混合格式。這些做法兼顧了分辨率和計(jì)算的穩(wěn)定性。 在噴霧燃燒數(shù)值模擬中考慮了湍流反應(yīng)組分源項(xiàng)模型如EBU模型、ED模型、Arrinius/EBU/ED模型和Presumed PDF模型。對于顆粒相和氣相之間的相互作用，本文一是將顆粒相對氣相的反作用阻力中的部分阻力系數(shù)剝離，由拉格朗同系統(tǒng)轉(zhuǎn)入歐拉系統(tǒng)，加入到氣相動(dòng)量方程

5、線性代數(shù)方程組的主對角線上，這一系數(shù)為正實(shí)數(shù)，增強(qiáng)了主對角線的系數(shù)，也增強(qiáng)了含顆粒流的氣相迭代計(jì)算穩(wěn)定性；二是在采用時(shí)間推進(jìn)方法計(jì)算穩(wěn)態(tài)流場過程中，對耦合的顆粒相與連續(xù)相之間計(jì)算采用顯式和隱式的計(jì)算方法進(jìn)行了研究，這樣做的目的在于相對傳統(tǒng)的顯式時(shí)間計(jì)算方式，可以采用一個(gè)較大的時(shí)間步長值進(jìn)行迭代，從而減少時(shí)間推進(jìn)時(shí)的計(jì)算量，使得噴霧燃燒數(shù)值模擬的計(jì)算穩(wěn)定性得以增強(qiáng)同時(shí)減少計(jì)算量。 在課題組研制的自主知識產(chǎn)權(quán)流體力學(xué)軟件開發(fā)過程中