漂浮流三维湍流流场的数值分析

摘要

本文采用SIMPLE方法，以压力为基本求解变量对三维不可压N-S方程进行数值求解。本节简要说明了在任意曲线坐标系下，基于有限容积法的控制方程的离散过程，并给出了最终的通用的离散结果。文中给出了三维直角坐标系下的控制方程并对其进行离散。详细推导了压力修正方程在有限控制体上的离散方程。详细说明了交错网格技术和同位网格技术，并进行了比较。采用同位网格技术以笛卡儿速度分量为动量方程的求解变量进行数值计算。 文中介绍了各种湍流模型，并运用带浮升力的修正的k-ε湍流模型来进行漂浮流三维湍流流动的模拟。考虑了高Re数k-ε模型和壁面函数法边界条件的处理问题。 文中对网格进行了说明，并生成了三维计算网格。 对强制通风条件下的三维漂浮流的流场和温度场进行了计算。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1数值传热学概述

1.2常用的数值解法

1.3湍流模型

1.4强制通风房间中的流动问题

1.5本文的主要研究内容

第二章流体运动控制方程和湍流模型

2.1描写流动与传热问题的一般控制方程

2.2湍流理论和k-ε湍流模型

2.2.1湍流物理量时均值定义及性质

2.2.2湍流对流换热的Reynolds时均方程

2.2.3湍流粘性系数法与k-ε湍流模型

2.3有浮升力存在时的k-ε模型

2.3.1k-ε-A模型

2.3.2k-ε-E模型

2.4研究问题的简化模型

2.5采用k-ε模型时的注意事项

2.5.1边界条件的处理

2.5.2方程中源项的处理方法

2.6小结

第三章计算空间上控制方程的离散

3.1任意坐标系下流场控制方程的离散

3.1.1坐标变换

3.1.2基于有限容积法的控制方程的离散

3.2对所研究问题的控制方程的离散及结果

3.3小结

第四章流场计算的讨论及SIMPLE算法

4.1流场计算的讨论

4.1.1压力梯度项的表达的困难

4.1.2连续性方程的表达

4.2以涡量为基础的方法

4.3交错网格的SIMPLE算法

4.3.1交错网格上速度的位置

4.3.2动量方程的表达

4.3.3压力与速度的修正

4.3.4压力修正方程

4.3.5“SIMPLE”算法的计算程序

4.3.6压力修正方程的讨论

4.3.7速度与压力修正的欠松弛

4.4同位网格上的SIMPLE算法

4.4.1交叉网格成功的经验——引入1-δ压差

4.4.2在非交叉网格上动量方程及质量守恒方程的离散

4.4.3同位网格上压力修正值方程的导出

4.4.4同位网格上SIMPLE算法的计算步骤

4.4.5关于同位网格的讨论

4.5压力修正方程的边界条件

4.6压力的相对特性

4.7交叉网格及同位网格的比较

4.8 SIMPLE算法流场迭代求解的收敛判据

4.8.1终止内迭代的判据

4.8.2终止非线性问题迭代的判据

4.9小结

第五章流场计算结果及分析

5.1几何与边界条件

5.2网格划分及网格分布图

5.3算法流程图

5.4程序对边界条件及初值的处理

5.5计算结果及分析

5.6小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文