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计算力学学报 2017年第6期34卷 779-784页

作者：朱志斌杨武兵禹旻中国航天空气动力技术研究院北京100074

对几何守恒律的来源进行了分析,发展了一种满足几何守恒律的WENO格式,并应用于翼型层流分离现象的数值模拟中。为消除网格质量影响,采用守恒型方法计算网格导数,并将标准的WENO格式分解为中心差分部分和数值耗散部分。算例计算结果表明... 详细信息

对几何守恒律的来源进行了分析,发展了一种满足几何守恒律的WENO格式,并应用于翼型层流分离现象的数值模拟中。为消除网格质量影响,采用守恒型方法计算网格导数,并将标准的WENO格式分解为中心差分部分和数值耗散部分。算例计算结果表明,几何守恒律对高精度有限差分WENO格式计算结果具有重要影响,本文方法能够消除网格导数计算误差,保证来流保持性。将本文方法应用于SD7003翼型层流分离现象的数值模拟中,计算结果与文献中计算及试验数据吻合较好,同时能够精细捕捉小尺度流场结构,准确模拟翼型层流分离现象中的复杂流动过程。

关键词：几何守恒律 WENO格式来流保持性度量系数误差翼型绕流

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满足几何守恒率的WENO格式及其应用

满足几何守恒率的WENO格式及其应用

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第九届全国流体力学学术会议

作者：朱志斌杨武兵禹旻中国航天空气动力技术研究院空气动力理论与应用研究所

几何守恒率(geometric conservation law,GCL)在动网格甚至静态网格的计算流体力学中起着重要作用,网格非均匀性是有限差分方程误差来源之一,必须满足几何守恒率以保证来流保持性(freestream preservation),否则会引起计算中的数值扰动... 详细信息

几何守恒率(geometric conservation law,GCL)在动网格甚至静态网格的计算流体力学中起着重要作用,网格非均匀性是有限差分方程误差来源之一,必须满足几何守恒率以保证来流保持性(freestream preservation),否则会引起计算中的数值扰动和数值计算不稳定性。在应用高精度计算格式时几何守恒率的影响尤为明显。本文对一般曲线坐标系变换过程进行了推导,分析了几何守恒率的来源;将WENO格式分解为中心差分项和数值耗散项,结合守恒型网格导数计算方法,发展了一种满足几何守恒率的WENO格式。通过Free-stream算例以及NACA0012翼型层流计算,证实了几何守恒率对高精度有限差分WENO格式计算结果具有重要影响,对比验证了发展的方法能够消除网格导数计算误差,保证来流保持性。基于发展的计算格式,对迎角4。、雷诺数6×104下SD7003翼型的层流分离现象进行了数值模拟分析,计算得到的分离、转捩和再附点位置与实验结果及文献计算结果吻合较好,并精细捕捉到了流动分离、转捩及再附等复杂流动过程。下图为采用速度梯度张量的第二不变量表示的瞬时流场拟序涡结构。从中可以看出流动发展的物理过程,流动受粘性及逆压梯度作用,从翼型上表面分离,产生的二维展向涡在较短距离内松弛变换为三维涡结构,并不断向下游发展。从而证明了发展的计算格式具有较高的精度和分辨率,能够精细捕捉小尺度流场结构,为翼型层流分离等复杂流动的精细数值模拟建立了有效手段。

关键词：几何守恒率 WENO格式来流保持性度量系数误差翼型绕流

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