非結(jié)構(gòu)動網(wǎng)格上的多介質(zhì)流數(shù)值模擬方法研究.pdf

1、本文主要研究了在非結(jié)構(gòu)動網(wǎng)格上求解含有可自由運動的介質(zhì)界面的可壓縮多介質(zhì)流場的一套數(shù)值模擬方法。 首先采用陣面推進法生成了二維三角形和三維四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，在生成過程中為了提高網(wǎng)格生成效率，采用雙向鏈表和堆的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，加快插入、刪除和查找等單元操作。在三維陣面推進法中，提出了線、面、體幾何相交判斷規(guī)則，將復(fù)雜幾何體的相交判斷看作為幾個簡單幾何體的相交判斷的合成，同時加入了邊交換和面交換技術(shù)，提高了網(wǎng)格質(zhì)量。 本文嘗試在非

2、結(jié)構(gòu)動網(wǎng)格上通過運用HLLC格式求解ALE方程(Arbitrary Lagrangian-Eulerian Formulation)來數(shù)值模擬多介質(zhì)流，將介質(zhì)界面定義為一種可以自由運動的網(wǎng)格內(nèi)部邊界，它將整個流場分成了若干個區(qū)域，分別對應(yīng)不同的介質(zhì)。該邊界由網(wǎng)格邊組成，界面兩側(cè)對應(yīng)兩種不同介質(zhì)中的網(wǎng)格，界面節(jié)點上的流動狀態(tài)矢量都有著兩種定義，分別對應(yīng)界面兩側(cè)不同的介質(zhì)狀態(tài)。通過求解介質(zhì)界面上的Riemann問題來追蹤介質(zhì)界面上網(wǎng)格節(jié)點的

3、運動。通過公式推導(dǎo)求出了剛性氣體狀態(tài)方程(Stiffened Gas EOS)下多介質(zhì)Riemann問題的解析解，而對其他擁有復(fù)雜形式的狀態(tài)方程則采用雙波近似方法求得Riemann問題的近似解。同時研究了兩種介質(zhì)界面數(shù)值通量的求解方法：Lagrange方法和虛擬流體方法(Ghost Fluid Method，GFM)，通過算例比較，認為虛擬流體方法比Lagrange方法更適合求解介質(zhì)界面上存在大壓力梯度的多介質(zhì)流問題。 在動網(wǎng)格

4、的處理上，對于小變形多介質(zhì)界面以及簡單多介質(zhì)流場，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的變形運用彈簧原理來處理；而對于大變形介質(zhì)界面和復(fù)雜多介質(zhì)流場，采用局部重構(gòu)技術(shù)來處理。同時，介質(zhì)界面上的網(wǎng)格節(jié)點可能會在界面上進行滑移，導(dǎo)致界面上網(wǎng)格體積為負，因此將介質(zhì)界面定義為網(wǎng)格變形邊界，如果節(jié)點滑移幅度過大，則會自動調(diào)整界面上的節(jié)點和網(wǎng)格，避免造成負體積網(wǎng)格的出現(xiàn)。另外，本文在運用動網(wǎng)格技術(shù)求解含有運動彈丸的膛口流場過程中，將整個流場分為兩個區(qū)域，它們由特殊的內(nèi)部邊界