場協(xié)同流動分析模型基礎(chǔ)研究.pdf

1、目前，計算流體力學(xué)可以給出較為豐富的計算結(jié)果，例如流場的速度、壓力、流線等，為分析流動過程和尋求流固耦合優(yōu)化設(shè)計提供直觀幫助，但是依然沒有關(guān)于流動過程中進一步分析的方法，流固耦合和優(yōu)化設(shè)計多依靠分析人員的經(jīng)驗和主觀判斷。流動減阻方法多種多樣，但缺少流場定量分析的支撐。本文在換熱場協(xié)同原理的指引下，通過研究流體所受合力和運動速度之間的關(guān)系，建立了速度場、速度梯度場之間的耦合協(xié)同關(guān)系，提出了流動場協(xié)同分析模型，試圖為流固耦合提供理論、計算新

2、工具。
　　1)借用換熱場協(xié)同中建立的溫度梯度場、速度場之間相耦合的思想，分析了流體速度和速度梯度之間夾角與其運動狀態(tài)之間的關(guān)系，提出使用速度和速度梯度夾角作為兩個場之間耦合度聯(lián)系指標(biāo)的場協(xié)同角。
　　2)通過流體動力學(xué)方程推導(dǎo)，給出了場協(xié)同角的物理定義和數(shù)學(xué)表達式。在場協(xié)同角定義之后，通過流體運動方程（即N-S方程）和數(shù)理分析，并采用Favre平均定義替代了流體動力學(xué)分析常見的時間平均，聯(lián)立質(zhì)量守恒方恒，得出了基于場協(xié)同概

3、念的流動分析模型。在場協(xié)同角和分析模型基礎(chǔ)上，在常見的層流不可壓縮、層流可壓縮和湍流不可壓縮三種典型運動狀態(tài)下，對場協(xié)同流動分析模型進行簡化，分別得出了對應(yīng)的場協(xié)同分析模型。這三種模型可以依據(jù)Re數(shù)區(qū)分的流動狀態(tài)，進行各自使用的流場分析和優(yōu)化。
　　3)為了直觀給出場協(xié)同分析模型的適用性和優(yōu)化結(jié)果評價，選用了兩種層流不可壓縮模型、一種湍流不可壓縮模型進行試算。在計算流體力學(xué)對流場進行計算以后，使用本文提出的場協(xié)同流動分析模型、編寫

4、程序，對流場結(jié)果進行再次加工和分析計算，給出了新的計算結(jié)果，其顯示方式類似于速度云圖，命名為“場協(xié)同數(shù)云圖”。從而該結(jié)果為計算流體力學(xué)添加了新的數(shù)據(jù)和分析工具。
　　4)在場協(xié)同分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，嘗試對固體壁面進行改進，得出了場協(xié)同數(shù)更優(yōu)的流固耦合結(jié)構(gòu)，再次通過計算流體力學(xué)進行計算，分析結(jié)構(gòu)改進前后的壓力變化，發(fā)現(xiàn)阻力下降、場協(xié)同數(shù)提高的結(jié)果，從而證明了本文提出的場協(xié)同分析模型的正確性和有效性。
　　5)為了將基于質(zhì)點的場協(xié)