含运动边界钝体绕流风场的大涡模拟数值算法

含运动边界钝体绕流风场的大涡模拟数值算法

作者:师大云端图书馆 时间:2015-05-31 分类:期刊论文 喜欢:3199
师大云端图书馆

【摘要】薄膜屋盖结构与风场之间的流固耦合作用是影响结构风振响应的重要因素。数值模拟是流固耦合研究的重要手段,准确模拟流体域的时变特性是掌握流固耦合效应产生机理和发展规律的前提。风与薄膜结构流固耦合运动中的流体域是含动边界的钝体绕流近地风场,在采用计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)技术对其进行大涡模拟(Large-eddySimulation,LES)数值近似计算时,仍存在一些亟待解决的问题。建立适于大型工程应用的亚格子模型是大涡模拟方法理论研究中的热点问题之一。在求解近地风场大涡模拟控制方程时,投影法是一种高效的压力速度解耦算法。目前大多数投影格式对压力的计算在时间方向上比速度的计算至少低一阶精度,而压力场的时间精度将直接影响流固耦合效应的计算精度。因此,投影法的压力时问精度还有待提高。此外,动边界绕流模拟适宜在任意拉格朗日欧拉(ArbitraryLagrangianEulerian,ALE)动态网格框架下进行。模拟过程中网格更新频繁,其几何品质和更新前后的一致性是影响模拟精度的重要因素。目前大部分动网格更新算法仅关注更新后网格的几何品质,对更新前后网格一致性的测试不够;而动网格更新算法的计算耗时也是需要考虑的一个课题。针对上述问题,本文对亚格子模型、投影法及其在ALE动态网格下的应用以及动网格更新技术等内容进行了理论和数值研究,开展的研究工作和提出的解决方案主要包括:1、亚格子模型的测试和对比。在阐述近地风场的大涡模拟无量纲控制方程以及多种亚格子模型的构造过程后,在笛卡尔静态网格下编制了方程求解程序。以该程序为计算平台,对多种亚格子模型的适用性、准确性和计算效率进行了测试。结果表明,钝体绕流风场的大涡模拟工程应用中可以采用阻尼修正的标准S模型。2、动态网格下数值求解方法的建立。以ALE描述为基础,在动态网格下建立了大涡模拟控制方程(下文简称ALE-LES方程),并对方程中的网格运动参数和流动参数进行解耦,建立了交错求解方程的数值计算方法。期间,为提高数值方法的时间计算精度,构造了压力和速度能达到同一高阶时间精度的全精度连续投影方法,并将其与求解网格运动的二阶预测校正格式相结合,得到了ALE-LES方程的全二阶精度投影格式。将建立的数值求解方法进行坐标转换,在贴体坐标系下编制了ALE-LES方程求解程序的核心模块。3、动网格更新算法的对比研究。归纳整理出网格质量评价模型,并据此在两种畸变网格算例中,为适用于结构网格的多种动网格更新算法对网格几何品质的改善力度进行了对比;同时,对不同算法在更新前后网格的一致性和计算效率方面进行了测试,指出九点网格重构法综合性能最为优异。将九点网格重构法扩展到三维研究领域并更名为距离加权法,据此编制了网格动态更新子程序模块。4、数值模拟程序的开发和验证。将亚格子模型子程序模块和网格动态更新子程序模块与求解ALE-LES方程的核心程序相结合,开发了适用于模拟含运动边界钝体绕流风场的CFD计算程序。分别以二维方腔驱动流和Taylor涡列问题验证了程序的稳定性和时间计算精度。5、振动屋盖绕流特性的数值分析。以下部封闭式大跨度平屋盖结构为研究对象,应用本文开发程序,对屋盖以二阶谐波模态振动时的结构绕流场进行了数值模拟,通过与相同尺寸刚性屋盖结构绕流模拟结果的对比分析,研究了屋盖的振动对模型表面风压系数分布和绕流场流动结构的影响。结果表明,屋盖振动是影响建筑结构表面平均、脉动风压系数的重要因素;屋盖振动导致绕流场旋涡结构复杂化,特征湍流度增加;屋盖的振动对绕流场瞬时风压分布的影响明显,二阶谐波模态的振动形式容易引发脉动风与屋盖的共振,不利于屋盖的抗风稳定。自主开发程序的成功应用表明了该程序可作为薄膜结构流固耦合效应数值模拟计算平台的流体域求解器。
【作者】李启;
【导师】杨庆山;
【作者基本信息】北京交通大学,结构工程,2014,博士
【关键词】大涡模拟;运动边界;亚格子模型;全精度投影法;任意拉格朗日欧拉方法;动网格技术;振动屋盖结构;

【参考文献】
[1]陈翊.论世贸组织(实体)法的基本原则[D].湘潭大学,经济法,2003,硕士.
[2]赵芳兵.华亭煤矿选煤厂安全管理体系研究[D].西安科技大学,工商管理,2014,硕士.
[3]周俊.技术标准下专利权滥用行为的反垄断规制研究[D].苏州大学,经济法学,2013,硕士.
[4]赵悦.南京新兴瓷业公司人才激励的策略研究[D].大连海事大学,工商管理,2012,硕士.
[5]邢国玺.圆锥滚子轴承织构化内圈大挡边油膜润滑特性分析[D].河南科技大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[6]肖先俊.某铁路岩溶段塌陷机理与工程措施研究[D].西南交通大学,地质工程,2014,硕士.
[7]张伟.中国民航国内航空运价改革策略研究[D].西南财经大学,工商管理,2004,硕士.
[8]曲智.多媒体通讯平台构建及应用研究[D].大连海事大学,计算机技术,2012,硕士.
[9]侯成吉.建筑业内部控制评价模型构建与应用研究[D].河南科技大学,工商管理(专业学位),2013,硕士.
[10]李涛.银行卡信息分析系统[J].信息系统工程,2001,08:43.
[11]宋伯慧.加强教学过程管理提高本科生学习参与度[J].教育教学论坛,2014,08:11-13.
[12]叶凤英,沈勇,王黎明,张惠芳.锐钛矿型纳米TiO_2低温制备及光催化性能研究[J].硅酸盐通报,2014,02:277-283+290.
[13]成璐媛.我国A股市场上市公司定向增发定价及经济后果研究[D].天津财经大学,统计学,2012,硕士.
[14]潘鹏飞.相场法模拟吹气法制备泡沫铝过程中的气泡演化[D].内蒙古科技大学,工程热物理,2013,硕士.
[15]高涛.我国企业跨国并购文化整合研究[D].厦门大学,工商管理(EMBA),2014,硕士.
[16]李晓.自适应人机交互界面研究[D].西南师范大学,2004.
[17]罗昕.法国媒体眼中的中国形象研究[D].浙江大学,新闻与传播,2013,硕士.
[18]冯崎鹏,钟新仙,林有铖,王红强,李庆余.Pt/1,3-PDA-Gh催化剂的制备及其对甲醇的电催化氧化[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第23分会:电催化与洁净能源电化学转化[C].中国化学会:,2014:1.
[19]陈振.出版社网站功能开发研究[D].北京印刷学院,2003.
[20]陶攀.中国企业跨境并购的动因及影响研究[D].对外经济贸易大学,国际贸易学,2014,博士.
[21]张承科.二氧化钛纳米材料对小鼠哺乳期的毒性研究以及噻唑烷酮组合物协同抑制耐药肺癌细胞机制研究[D].山东大学,药物化学,2014,博士.
[22]徐小军.基于主观感觉的声质量客观评价方法及应用[D].合肥工业大学,机械电子,2004,硕士.
[23]杨锐.网上拍卖系统的设计[D].吉林大学,软件工程,2014,硕士.
[24]陈伟.宁夏普通高校野外生存课程开设现状与对策研究[D].宁夏大学,课程与教学论,2014,硕士.
[25]黄永敬.龙眼重回缩修剪树矿质营养及内源激素状况研究[D].广西大学,植物营养学,2004,硕士.
[26]DanielJones.The North Korean Conundrum:an Analysis at the American and Chinese Response to the North Korean Nuclear Crisis[D].华中师范大学,国际关系,2013,硕士.
[27]文延.飞机全电刹车系统控制器设计[D].西北工业大学,电力电子与电力传动,2004,硕士.
[28]李善群.构造细节及关键设计参数对于正交异性钢桥面板疲劳性能的影响研究[D].西南交通大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[29]李亮亮.AZO薄膜的制备及其在硅基薄膜太阳电池中的应用[D].北京交通大学,2014.
[30]周超.高中物理班主任工作之探析[D].河北师范大学,学科教学,2013,硕士.
[31]常志顺.基于SSH框架的智能建站系统的设计与实现[D].北京工业大学,软件工程(专业学位),2013,硕士.
[32]孙晓芳.我国电子证据适用规则研究[D].兰州大学,法律,2012,硕士.
[33]张涛.城市混合交通仿真中交通路网建模研究[D].浙江大学,模式识别与智能系统,2004,硕士.
[34]徐娜.在自由与帝国之间—英帝国的初创[D].苏州大学,世界史,2013,硕士.
[35]肖书成.基于移动代理的入侵检测系统的研究与实现[D].重庆大学,2004.
[36]胡倩.城市化进程中武汉市花山中学发展战略研究[D].华中师范大学,教育经济与管理,2014,硕士.
[37]张继永.无线车联网WAVE短消息通信机制应用研究[D].西南交通大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[38]肖进胜,杜康华,涂超平,岳显昌.基于多聚焦图像深度信息提取的背景虚化显示[J].自动化学报,2015,02:304-311.
[39]唐澍敏.绿色贸易壁垒问题及其法律对策[D].湘潭大学,国际法,2003,硕士.
[40]陈莉.北京市电力工业可持续发展指标体系与评价方法研究[D].华北电力大学(河北),技术经济及管理,2004,硕士.
[41]祝荫.幽门螺杆菌感染与端粒酶相关基因及c-myc蛋白表达关系的研究[D].江西医学院,内科学,2003,硕士.
[42]耿实.PLC的TIME-OUT故障原因及处理方法[J].冶金自动化,1995,01:56-58.
[43]白泽.吉林省白城市吉鹤宾馆产权转让纠纷案评析[D].吉林大学,法律,2013,硕士.
[44]唐萍.现代汉语形似同音词的对外汉语教学研究[D].湖南师范大学,汉语国际教育(专业学位),2013,硕士.
[45]尚海昆.电力变压器局部放电信号的特征提取与模式识别方法研究[D].华北电力大学,电气信息技术,2014,博士.
[46]郭勇嘉.中国芫菁科区系分析与生物地理学研究(鞘翅目:拟步甲总科)[D].河北大学,动物学,2014,硕士.
[47]张蕊.糠醛气相加氢制糠醇催化剂的研究[D].中北大学,工业催化,2014,硕士.
[48]张琳.T白酒企业绩效考核体系的构建[D].内蒙古大学,会计,2014,硕士.
[49]张廷剑.铝硅合金电解着色工艺及耐蚀性研究[D].东北大学,应用化学,2009,硕士.
[50]王吉星.高分子合成与性能预测的计算机模拟[D].河北工业大学,化学工艺,2004,硕士.

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