非結構網格FVM在復雜幾何結構的湍流反應流計算中的應用研究.pdf

1、非結構網格有限體積法適合應用于復雜幾何結構的流場計算，而SIMPLE系列算法適合應用于工業(yè)上廣泛存在的低速流、不可壓流計算，歐拉-拉格朗日方法適合應用于含稀疏顆粒相的流場計算。本文正是以這些理論為基礎展開工作，包括CGNS網格前后處理，壓力修正算法的實現和拓展，化學組分源項模型，顆粒相與氣相之間的相互作用等。分述如下： 本文提出了兩種將CGNS非結構網格點數據結構轉化為非結構網格面數據結構的快速算法，以作為本文操作非結構網格的基

2、礎：內部網格面的整數hash表算法和內部雙面壁邊界網格面的實數hash表算法。由于CGNS非結構網格存儲的是網格結點數據，例如網格結點坐標、每一個網格由哪些結點構成等數據信息；而有限體積法離散過程中，需要用到大量的面積分，所以更多的需要網格面數據結構。內部網格面的構造根據網格面兩側的網格在這個公共網格面上的結點序號相同的特點設計算法，雙面壁網格面則根據重合在一起的兩個邊界網格面中心距離接近于零，或者說小于某一個特征小量，比如該網格面面積

3、的算術平方根來設計算法。兩種hash表算法具有快速，內存消耗量小于后續(xù)有限體積求解器內存峰值的特點，使前處理算法不會成為整個計算的瓶頸。 在壓力修正方程的構造過程中，考慮溫度修正量對密度修正量的影響，通過靜焓方程構造溫度修正量與壓力修正量的關系，而這種做法的實際效果相當于增強了壓力修正量方程線性代數方程組的主對角線。對于可壓縮流計算，在流量計算時，在線性插值和迎風格式的基礎上，網格面上的密度值采用低階和高階的混合格式，動量方程中

4、的壓力項處理為滯后的壓力梯度項，即線性插值計算方法，和網格面上的壓力積分之和，網格面上的壓力值則可以采用低階和高階混合格式。這些做法兼顧了分辨率和計算的穩(wěn)定性。 在噴霧燃燒數值模擬中考慮了湍流反應組分源項模型如EBU模型、ED模型、Arrinius/EBU/ED模型和Presumed PDF模型。對于顆粒相和氣相之間的相互作用，本文一是將顆粒相對氣相的反作用阻力中的部分阻力系數剝離，由拉格朗同系統(tǒng)轉入歐拉系統(tǒng)，加入到氣相動量方程

5、線性代數方程組的主對角線上，這一系數為正實數，增強了主對角線的系數，也增強了含顆粒流的氣相迭代計算穩(wěn)定性；二是在采用時間推進方法計算穩(wěn)態(tài)流場過程中，對耦合的顆粒相與連續(xù)相之間計算采用顯式和隱式的計算方法進行了研究，這樣做的目的在于相對傳統(tǒng)的顯式時間計算方式，可以采用一個較大的時間步長值進行迭代，從而減少時間推進時的計算量，使得噴霧燃燒數值模擬的計算穩(wěn)定性得以增強同時減少計算量。 在課題組研制的自主知識產權流體力學軟件開發(fā)過程中