基于OpenFoam的流固耦合数值方法研究

作     者：葛佳斌 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王灿星

授予年度：2015年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：流固耦合 IQN-ILS算法 OpenFoam Aitken算法 改进算法 

摘      要：流固耦合现象厂泛的存在于航空航天、叶轮机械、土木工程、石油化工、清洁能源等诸多领域。近些年来流固耦合及其他多物理场耦合问题的计算模拟受到了广泛的关注。而流固耦合问题形形色色、种类丰富,采用分离法对其进行计算模拟越来越成为当今主流趋势。IQN-ILS算法是一种隐式的流固耦合算法,属于分离法范畴。与传统的不动点迭代算法相比,其在收敛速度上有明显优势。但在某些流固耦合问题中,例如管道流动问题,该算法不能完全保证计算的稳定性。针对这种情况,提出了将松弛因子引入IQN-ILS算法和混合使用Aitken和IQN-ILS的两种改进算法。在流固耦合求解器方面首先在有限体积法开源C++类库OpenFoam原有求解器基础上进行编程开发,添加了IQN-ILS耦合算法代码,实现了IQN-ILS算法的求解器;其次根据提出的两种改进算法,开发了基于IQN-ILS两种新的流固耦合求解器,具体耦合算法部分的程序开发过程分为python和C++两个版本。此外本文还开发了可模拟存在自由液面流固耦合问题的新求解器。然后通过标准验证算例验证了所开发求解器的有效性。并运用二维算例,比较了不同耦合算法的收敛速度。最终将改进算法应用到三维管道流动算例中。算例结果表明,与原有IQN-ILS算法比较,提出的改进算法起到了提高计算稳定性的目的,取得了很好的效果。