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计算力学学报 2013年第6期30卷 815-821页

作者：刘冠冕周春华艾俊强南京航空航天大学空气动力学系南京210016 中航通用飞机设计研究院珠海519040 中国航空工业集团第一飞机设计研究院西安710089

应用当地DFD(Domain-Free Discretization)方法对包含复杂运动边界的扑翼流场进行了数值模拟。该方法通过壁面法线方向的外插确定外部相关点上的流动变量值,同时强加相应的边界条件。应用这种方法,动边界流动的模拟可以在固定网格上实现... 详细信息

应用当地DFD(Domain-Free Discretization)方法对包含复杂运动边界的扑翼流场进行了数值模拟。该方法通过壁面法线方向的外插确定外部相关点上的流动变量值,同时强加相应的边界条件。应用这种方法,动边界流动的模拟可以在固定网格上实现,无需为了跟随物体的运动而在每个时间步上对网格进行实时更新。对三种拍动模式的双翅流场进行了数值模拟,升、阻力系数时间历程的计算结果与参考文献的实验数据吻合很好,验证了当地DFD方法处理复杂动边界问题的可靠性。最后,数值模拟了完整昆虫模型的扑翼流场,并详细分析了涡系结构和飞行机理。

关键词：边界非协调方法动边界问题扑翼流动边界嵌入方法非定常流动

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基于DFD的扑翼流场数值模拟研究

基于DFD的扑翼流场数值模拟研究

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作者：刘冠冕南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文应用当地DFD（Domain-Free Discretization）方法对复杂扑翼流场进行数值模拟研究。DFD方法中，控制方程的离散形式包括解域内部和外部的点。通过插值或解当地简化流动方程可求得外部相关点的流动变量值，并在此过程中强加物面边界... 详细信息

本文应用当地DFD（Domain-Free Discretization）方法对复杂扑翼流场进行数值模拟研究。DFD方法中，控制方程的离散形式包括解域内部和外部的点。通过插值或解当地简化流动方程可求得外部相关点的流动变量值，并在此过程中强加物面边界条件。动边界流动的模拟可以在固定网格上实现，无需在每个时间步上对网格实时更新以适应物体的平动和变形运动。空间离散采用Galerkin有限体积法，时间推进采用双时间步格式。本文的数值实验和应用研究包括四部分：（1）通过对不可压流中由球旋转所诱导的流场的数值模拟，验证当地DFD方法的可靠性;（2）数值模拟双翅模型的扑翼流场，将计算结果对比实验值及其他计算结果，进一步验证当地DFD方法模拟复杂动边界问题的可靠性，分析升阻力周期性变化所体现的高升力机制和扑动模式对气动力的影响;（3）数值模拟完整昆虫模型的扑翼流场，深入分析涡系结构和飞行机理;（4）数值模拟微型柔性扑翼飞行器的流场，探索来流参数对气动特性的影响，分析不同前进比下的流场特征。本文对扑翼流场的数值模拟充分体现了当地DFD方法在处理复杂运动边界问题上具有天然的优势，对昆虫空气动力学研究和微型扑翼飞行器的设计都有一定意义。

关键词： DFD方法边界非协调方法非定常流动运动边界扑翼流场昆虫悬停飞行微型扑翼飞行器

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