基于自適應(yīng)直角坐標網(wǎng)格的重疊網(wǎng)格方法研究.pdf

1、多體分離是航空航天中普遍存在的一類問題，如戰(zhàn)斗機內(nèi)埋式武器投放、火箭助推級分離、人椅彈射系統(tǒng)等。在該類問題繞流中，存在相對運動的物體之間的復(fù)雜非定常流場會造成強大的氣動干擾，這種氣動干擾往往是不利的，嚴重時甚至會威脅到飛行器的飛行安全。過去，研究此類問題的主要手段是飛行試驗和風洞實驗，然而它們存在著風險大、成本高、周期長等弊端。近年來，計算流體力學的迅猛發(fā)展使得其在處理此類問題中得到了廣泛的應(yīng)用。動態(tài)重疊網(wǎng)格技術(shù)在研究此類問題時無需網(wǎng)格

2、再生，并能很好的保證網(wǎng)格質(zhì)量，非常適合于處理具有大幅相對運動的復(fù)雜非定常繞流問題。結(jié)構(gòu)重疊網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)重疊網(wǎng)格都可以準確地對流場進行數(shù)值模擬，但為了避免重疊網(wǎng)格插值帶來的數(shù)值耗散，需要調(diào)整邊界處的網(wǎng)格尺度，使多套子網(wǎng)格在重疊網(wǎng)格邊界處的網(wǎng)格尺度基本保持一致。受限于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點，保證重疊網(wǎng)格邊界處的網(wǎng)格尺度一致性往往是以增加網(wǎng)格數(shù)量為代價的，這對計算機資源提出了更高的要求，同時也降低了數(shù)值計算的效率。為此，本文發(fā)展了

3、一種基于自適應(yīng)直角坐標網(wǎng)格的混合重疊網(wǎng)格方法，并開發(fā)了相應(yīng)的動態(tài)混合重疊網(wǎng)格求解程序。在這種方法中，直角坐標網(wǎng)格可以基于洞邊界進行自適應(yīng)加密和稀疏，在保證重疊網(wǎng)格邊界處網(wǎng)格尺度一致性的前提下降低了計算網(wǎng)格數(shù)量，提高了計算效率。
　　本文首先對數(shù)值計算方法進行了介紹，采用了混合網(wǎng)格求解器，即內(nèi)部貼體網(wǎng)格采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格求解器，背景網(wǎng)格采用自適應(yīng)直角坐標網(wǎng)格求解器，流動控制方程采用定常/非定常Euler/N-S方程，運用有限體積方法對控制

4、方程進行空間離散，采用Jameson中心格式計算對流通量，定常時間離散采用四步Runge-Kutta迭代，非定常時間離散方法為顯式雙時間步長法，湍流模型選用S-A模型；其次，對混合重疊網(wǎng)格的裝配方法進行了深入研究，采用了非結(jié)構(gòu)重疊網(wǎng)格中的網(wǎng)格間邊界定義方法，在搜索宿主單元時，采用了高效的相鄰單元搜索算法；最后，發(fā)展了一種基于自適應(yīng)直角坐標網(wǎng)格的動態(tài)混合重疊網(wǎng)格方法，通過標準算例對該方法的正確性進行了驗證，并開展了一系列的數(shù)值算例研究，結(jié)