20章NS方程的解舉例課件

1、20章NS方程的解舉例20章NS方程的解舉例20.1 引言粘流解的第三種選擇 完整的雷諾平均N-S方程數(shù)值解計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD） 快速發(fā)展的技術(shù)方法研究20.1 引言粘流解的第三種選擇20.2 方法N-S方程連續(xù)方程動(dòng)量方程20.2 方法N-S方程能量方程注意：時(shí)間導(dǎo)數(shù)在左，空間在右該形式適合于方程的時(shí)間相關(guān)解能量方程注意：20.3 數(shù)值解舉例共性采用MacCormack技術(shù)一種時(shí)間相關(guān)解法應(yīng)用Baldwin-Lomax紊流模型，一個(gè)0方程湍流模型湍流計(jì)算應(yīng)用數(shù)千-百萬(wàn)網(wǎng)格點(diǎn)，需應(yīng)用大規(guī)模數(shù)字計(jì)算機(jī)20.3 數(shù)值解舉例共性采用MacCormack技術(shù)一20.3.1 后向臺(tái)階繞流繞超音速后向

2、臺(tái)階的流動(dòng)-速度矢量圖20.3.1 后向臺(tái)階繞流繞超音速后向臺(tái)階的流動(dòng)-速度矢量繞超音速后向臺(tái)階的流動(dòng)等溫線(xiàn)等溫線(xiàn)繞超音速后向臺(tái)階的流動(dòng)等溫線(xiàn)等溫線(xiàn)20.3.2 繞翼型的流動(dòng)采用圍繞翼型非矩形網(wǎng)格N-S方程組變換到曲線(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)20.3.2 繞翼型的流動(dòng)采用圍繞翼型非矩形網(wǎng)格計(jì)算簡(jiǎn)介：Wortmann翼型，0攻角，馬赫數(shù)M=0.5，雷諾數(shù)Re=10000層流流線(xiàn)圖層流：流動(dòng)上下翼面均分離計(jì)算簡(jiǎn)介：Wortmann翼型，0攻角，馬赫數(shù)M=0.5，湍流流線(xiàn)圖湍流：無(wú)分離湍流抵抗流動(dòng)分離的能力更強(qiáng)湍流流線(xiàn)圖湍流：無(wú)分離20.3.3 全機(jī)繞流繞X-24C高超音速試驗(yàn)機(jī)的高超音速流動(dòng)采用MacCormac

3、k技術(shù)一種時(shí)間相關(guān)解法20.3.3 全機(jī)繞流繞X-24C高超音速試驗(yàn)機(jī)的高超音速20.3.4 激波/邊界層干擾20.3.4 激波/邊界層干擾激波/邊界層干擾激波切入邊界層后平板邊界層的增長(zhǎng)過(guò)程： 穿過(guò)激波壓力升高很大,作為很大的逆壓梯度作用到邊界層；引起邊界層當(dāng)?shù)胤蛛x； 由于逆壓梯度通過(guò)邊界層的低壓區(qū)向上游傳遞，分離發(fā)生在切入激波切入點(diǎn)的前面； 分離邊界層誘導(dǎo)一個(gè)激波（誘導(dǎo)分離激波）； 分離邊界層向表面偏形成一系列膨脹激波； 最后分離邊界層再附于表面，并形成再附激波；再附點(diǎn)邊界層變得很薄，壓力變高，為一高的氣動(dòng)加熱區(qū)； 分離激波和再附激波在離開(kāi)表面后合并形成反射激波（經(jīng)典無(wú)粘理論結(jié)果）； 干擾

4、與流態(tài)（層流或湍流）有關(guān)：層流干擾更易發(fā)生；后續(xù)結(jié)果更嚴(yán)重。激波/邊界層干擾激波切入邊界層后平板邊界層的增長(zhǎng)過(guò)程：數(shù)值模擬結(jié)果（Ma=3，Re=106）N-S方程，B-L湍流模型壓力在干擾區(qū)前增加，穿過(guò)分離區(qū)達(dá)到一個(gè)平臺(tái)，在再附點(diǎn)前再增加；表面剪應(yīng)力直降到0，改變方向，經(jīng)過(guò)相當(dāng)復(fù)雜的變化，在再附點(diǎn)附近恢復(fù)到正值。數(shù)值模擬結(jié)果（Ma=3，Re=106）N-S方程，B-L湍20.3.5 繞有表面突起的翼型流動(dòng)流動(dòng)條件： NACA0015翼型，Ma=0.15，Re=1.5106N-S方程，時(shí)間推進(jìn)有限體積代碼(OVERFLOEW,NASA發(fā)展），1方程湍流模型； 重疊網(wǎng)格技術(shù) 右圖為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)圖20.

5、3.5 繞有表面突起的翼型流動(dòng)流動(dòng)條件：網(wǎng)格全貌網(wǎng)格全貌下表面突起的網(wǎng)格下表面突起的網(wǎng)格下表面突起的網(wǎng)格（放大）下表面突起的網(wǎng)格（放大）計(jì)算結(jié)果速度矢量圖計(jì)算結(jié)果速度矢量圖等壓力線(xiàn)圖等壓力線(xiàn)圖下表面零質(zhì)量射流翼型繞流計(jì)算結(jié)果下表面形成系列大尺度的渦下表面零質(zhì)量射流翼型繞流計(jì)算結(jié)果下表面形成系列大尺度的渦20.4 表面摩阻計(jì)算的準(zhǔn)度阻力包括壓差阻力和摩擦阻力壓差阻力 附著流無(wú)粘分析 分離流完全N-S方程數(shù)值解表面摩擦阻力和熱傳輸 附著流邊界層方程耦合無(wú)粘分析 分離流完全N-S方程數(shù)值解目前N-S方程數(shù)值解的準(zhǔn)度，有三個(gè)方面降低其精度： 1、網(wǎng)格的密度； 2、湍流模型的不確定性； 3、湍流模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)捩能力的欠缺。 導(dǎo)致表面摩擦阻力預(yù)測(cè)平均20%的誤差。20.4 表面摩阻計(jì)算的準(zhǔn)度阻力包括壓差阻力和摩擦阻力解舉例NACA0012翼型