基于LBM-LES方法的飞机增升装置流场计算研究

摘要

增升装置是民航客机上的重要组成部件，是飞机在起飞和着陆过程中增加升力以提高起、降性能的关键性装置。增升装置外形较为复杂，飞机起降过程中空气绕过这种部件的流动也比较复杂，它对于飞机有效荷载、燃油消耗、机体噪声(尤其是缝翼、襟翼的非定常流动产生的噪声)产生较强的影响，甚至危及飞行安全。
　　基于Lattice Boltzmann Method(LBM)与大涡模拟(LES)相结合的方法，它能够为增升装置等部件复杂流场的仿真模拟提供一种新方法、新技术。本文中 LBM/LES方法的主要思想是通过LES中的Smagorinsky模型计算湍流粘性系数，松弛因子可以随着粘性系数的变化而改变，这提高了LBM方法计算高雷诺数流场的能力；为了节省计算成本，本文研究了一种基于布尔变量控制的网格生成技术，该技术适用于标准LBM模型。
　　进一步验证LBM/LES方法，本文将该方法应用于经典流动的数值模拟中。运用LBM方法以及LBM与LES结合的方法，本文仿真模拟了顶盖驱动流、圆柱绕流、NACA0012翼型绕流、30P30N三段翼型绕流流动。本文的数值仿真结果与参考文献结果能够吻合，验证了本文研究方法的科学性与有效性。由于它自身的优势，使得这种新方法能够科学地、有效地解决复杂流场的模拟问题。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2 增升装置

1.3 传统CFD方法

1.4 格子Boltzmann方法

1.5本文工作与内容安排

第二章 数值计算方法

2.1 单松弛模型

2.2 LBM的理论与计算过程

2.3 LBM-LES方法

2.4 网格技术

2.5 本章小结

第三章 边界条件

3.1 启发格式

3.2 动力学格式

3.3 外推格式

3.4 复杂边界处理格式

3.5 本章小结

第四章 增升装置等流场仿真模拟算例验证

4.1顶盖驱动

4.2圆柱绕流

4.3 翼型绕流模拟

4.4 本章小结

第五章 总结及展望

5.1全文总结

5.2 对未来研究的展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文