基于可压缩流方法的大涡模拟及其工程化应用
在将大涡模拟(LES)应用到工程实际时，面临着两个主要难点：LES对格式要求高和计算量大。为了克服这些困难，本文进行了理论分析，改进了计算格式与收敛加速方法，编写了计算程序，将LES应用到高负荷叶轮计算中，得到了满意的结果。
本文采用MILES方法，认为保单调格式的数值耗散可以取代亚格子耗散，研究了Harten-TVD与MUSCL-TVD格式应用于LES的可能性。研究发现Harten-TVD格式的校正通量包含不必要的几何参数，通过几何改进，在非均匀非规则网格下得到了更好的精度。
LES需要准确模拟诸如边界层这样的低速区。为了将TVD格式应用到低速流动中，采用预处理技术，推导出了任意曲线坐标系下预处理方程的特征值与特征矩阵，以及Harten-TVD与MUSCL-TVD格式的预处理修正，并在低速Euler计算中取得良好效果。
然而，对于粘性流，预处理计算稳定性较差，从而影响了计算精度。分析指出原因在于特征矩阵中包含不稳定的结构。借用低速流下的两个假设，消除了不稳定的结构，推导出了低速Roe格式。计算表明低速Roe格式比一般预处理格式更适合低速流MILES计算。
为了减少计算时间，研究了并行、隐式DP-LUR方法、双时间步长法等计算加速技术。为了使隐式方法在低速流动下具有更好的加速效果，本文将预处理技术与DP-LUR方法相结合，推导出了PDP-LUR方法。
使用上述基于可压缩流计算的方法，以及若干编程技术，独立开发了三维非定常并行CFD程序HPPD。
使用HPPD对典型高负荷叶片T106进行了LES计算，结果表明，计算时间合理，可以准确预测层流分离、转捩、湍流再附的位置，同时还研究分析了层流分离泡的非定常现象。
大涡模拟;低速Roe格式;PDP-LUR方法;高负荷叶片
中国科学院工程热物理研究所
博士
工程热物理
徐建中
2006
中文
O351;TP391.7
79
2007-07-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）