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基于压力为基本求解变量的SIMPLE算法是目前计算流体力学中的主要计算方法,相比以密度为基本求解变量的时间推进算法,SIMPLE算法能够数值求解的流动Mach数范围更宽。非结构化网格方法上的有限体积法极大地拓展了计算流体力学处理复杂边界流动问题的求解范围,但目前在非结构化网格上的可压缩流动SIMPLE算法的研究还比较匮乏。首先,论文对非结构化网格的生成方法进行了总结,发展了一种分块非结构化网格的生成方法,该方法将复杂的流动区域先离散成多块简单的子区域,然后对每块子区域采用贴体网格法进行离散,最后采用非结构化网格连接方法将每块网格合并成整体网格。这种方法既具备了分块网格法的网格质量高的优点,又具有非结构化网格处理复杂几何边界的优点。其次,推导了非结构化网格上三维非定常可压缩流动的N-S方程组的离散格式,分别采用二阶后向隐式格式离散时间导数项,二阶精度混合差分格式离散对流项,二阶中心格式离散扩散项及压力梯度项。重点研究了可压缩流动计算中密度修正项对压力修正方程组的影响,形成了非结构化网格上的可压缩流动SIMPLE算法及相应的压力修正方程,给出了可压缩流动情况下流动边界条件的实现方法。最后,基于上述理论模型及数值方法,发展了非结构化网格上可压缩流动的计算程序,并对孤立翼型绕流、透平叶栅流动及旋转离心叶轮内的可压缩流动进行了数值计算。对于孤立翼型绕流,数值计算了六种攻角下的湍流流动,当翼型表面附近的流动为附着流或分离流区域比较小时,压力系数的计算值与实验值吻合很好,同时给出了各种攻角下的流速、压力、湍动能分布。对于透平叶栅流动,本文的计算结果与Fluent商业软件的计算结果非常接近。对于旋转离心叶轮,计算得到的数值结果很好地揭示了离心叶轮的流动发展规律。上述算例验证了本文所发展的非结构化网格上的可压缩SIMPLE算法在叶轮机械内部流动的预测能力,为今后进一步发展实际气体离心压缩机的内部复杂流动与设计方法奠定了基础。
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Basic Info :
Degree: 工学硕士
Mentor: 席光
Year: 2008
Language: Chinese
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