基于非结构网格流场的数值模拟及喷管型面优化

摘要

本文采用计算流体力学方法,重点研究了二维非结构网格的生成方法和基于非结构网格的定常/非定常N-S方程求解,并简单研究了矢量喷管的型面优化,用以提高矢量喷管气动性能.本文首先研究了二维非结构网格的生成方法,采用Delaunay三角化与阵面推进相结合的方法.网格的划分及更新采用Delaunay三角化方法,网格内部节点的生成则是基于阵面推进法的思想.本文还编写出了基于非结构网格的二维定常/非定常流场N-S方程计算程序.对于定常求解,本文采用格心格式的有限体积法对N-S方程作空间离散,湍流模型采用计算中广泛使用Badwin-Lomax紊流模型,它是一种代数模型,不增加求解方程的数目,计算量相对较小.用四步龙格—库塔方法作显式时间推进,同时采用当地时间步长、残值光顺等加速收敛措施.对于非定常求解,为了减少计算时间,本文采用隐式双时间法,伪时间域的求解用上面所讲的定常方法进行计算.本文给出的网格生成和流场计算的结果与实验数据符合较好.本文还研究了优化方法,对矢量喷管的型面进行了优化设计.其特点是原理简单、方法直观、不需要计算导数,也不需要一维搜索,复合形不要求为规则图形,灵活可变,适宜处理不等式约束问题.

目录

文摘

英文文摘

符号表

第一章绪论

§1.1计算流体力学的发展现状

§1.2非结构网格技术

§1.3流场数值模拟

§1.4矢量喷管型面设计

§1.5推力室头部氧腔流场均匀性计算

§1.6本文的主要工作

第二章非结构粘性网格的生成

§2.1引言

§2.2 Delaunay网格的生成算法

§2.2.1 Voronoi图和Delaunay网格及其性质

§2.2.2实现Del aunay准则的Bowyer算法

§2.3阵面推进法基本原理

§2.3.1生成背景网格

§2.3.2定义边界和阵面和始化

§2.3.3推进生成三角形

§2.4基于阵面推进法生成Delaunay网格

§2.4.1初始网格的生成

§2.4.2内部节点的生成算法

§2.5网格单元质量的优化

§2.6在物面附近用推进层方法生成粘性网格

第三章基于非结构网格的N-S方程求解

§3.1引言

§3.2控制方程

§3.3湍流模型

§3.3.1 B-L模型

§3.3.2涡量的计算

§3.4空间离散

§3.4.1格心有限体积公式[39]

§3.4.2 N-S方程的边界条件[37]

§3.4.3人工粘性

§3.5时间推进

§3.5.1 Runge-Kutta方法

§3.5.2当地时间步长

§3.5.3隐式残值光顺

§3.6非定常流计算—双时间法

第四章数值优化方法和矢量喷管的型面优化

§4.1引言

§4.2有关优化方法的基本概念

§4.2.1设计变量

§4.2.2约束条件

§4.2.3目标函数

§4.3优化方法的分类

§4.4复合形法

§4.5矢量喷管的型面优化

§4.5.1设计变量的选择

§4.5.2约束条件

§4.5.3目标函数

第五章算例分析

§5.1引言

§5.2网格生成算例

§5.3 N-S方程求解算例

§5.4优化算例

第六章某型发动机推力室氧腔均匀性分析与均流板设计

§6.1引言

§6.2计算模型

§6.2.1几何模型和计算网格

§6.2.2控制方程

§6.2.3湍流模型

§6.2.4边界条件

§6.3原均流板计算结果分析

§6.4均流板设计改型

§6.4.1周向总压畸变解决方案

§6.4.2径向总压畸变解决方案

§6.4.3均流板孔径修正方法

§6.5最终改进的均流板结果分析及试验验证

§6.6结论

第七章总结与展望

附图

硕士期间发表的论文

致谢

参考文献

西北工业大学学位论文知识产权声明书和西北工业大学学位论文原创性声明