应用于有限体积法中的剪切滑移网格方法

摘要

采用CFD方法对具有大位移的动静分区流动问题进行非定常数值模拟时,通常采用的动网格方法有滑移网格和重叠网格方法.采用这两种方法时,不可避免要对流场变量进行跨网格插值,因此难以做到高精度离散,并且很难保证守恒性,除非采用非常复杂的算法.M.Behr提出并应用于有限元法的剪切-滑移网格方法是另一种处理动静区交界面的方法,它采用缓冲区网格弹性变形来过渡动静区网格之间的相对位移,而在相对位移较大时通过网格节点重新连接来“释放位移形变”.因此在数值模拟过程中能够实现大幅度相对运动,同时保持网格节点之间的匹配连接,避免了跨网格插值.但是以有限体积法的观点来看,它在滑移过程中对网格节点上的流场变量的处理方式同样不满足局部守恒性.本文把剪切-滑移网格方法扩展到格心有限体积法中,提出求解对流方程来实现滑移过程流场变量的守恒映射.同时根据网格运动特点采用隐式龙格库塔格式时间离散,实现了能够保证守恒性并且易于实现高精度离散的动静交界面处理方法.通过NACA0012翼型俯仰振荡算例对本文中改进的剪切-滑移网格方法进行了验证,证明了这种方法的可行性和有效性.而且在同一个网格中不同位置设置剪切-滑移面,多次计算的结果表明剪切-滑移面所在位置几乎不对计算结果造成影响.对计算消耗时间的统计表明滑移过程消耗时间占比很小,对整个数值模拟消耗时间几乎不产生影响.