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基于非均匀直角网格的直接力浸入边界法及多重网格法研究
| 论文题名： | 基于非均匀直角网格的直接力浸入边界法及多重网格法研究 |
| 关键词： | 流固耦合;浸入边界法;多重网格法;非均匀直角网格;圆柱绕流 |
| 摘要： | 静止或运动复杂几何形状物体与流体之间的相互作用是船舶与海洋工程应用中经常遇到的问题。传统方法需要生成复杂的贴体网格并采用动网格技术来处理动边界问题，而浸入边界法采用固定直角网格，通过添加力源项间接施加物面边界条件，有效避免了网格的重复生成，具有计算效率高和适应性强的优点。 针对均匀直角网格难以平衡计算精度和计算效率的缺陷，本文利用泰勒展开方法构造对流项和扩散项在非均匀直角网格上的二阶差分格式，采用显式迭代直接力浸入边界法施加边界条件，结合交错网格技术和分步投影法，开发了基于非均匀直角网格的直接力浸入边界法N-S方程求解程序。 针对压力泊松方程求解速度慢的问题，提出了一种易于实施且不会在边界处造成网格尺寸相差悬殊的网格聚合策略，采用基于面积加权的限制算子和线性插值算子进行不同网格层之间信息的传递,编写了基于非均匀网格的V循环几何多重网格法程序，有效地提高了泊松方程的求解效率;对多重网格法迭代终止精度的选取进行了研究，研究表明当终止精度取510?时，差分方程的近似解与准确解的误差几乎可以忽略不计，从而得出盲目提高终止精度不可取的结论。 针对不同参数配比下多重网格法计算效率相差过于悬殊的问题，采用正交试验的方法安排数值试验，采用基于假设检验统计推断的方差分析理论，定量地给出了多重网格法各参数对计算效率影响的显著性水平，给出了确定多重网格法最佳参数配比的基本原则，并结合具体算例给出了确定最佳参数的流程。 应用本文编写的浸入边界法程序和多重网格法程序进行了大量的数值模拟算例。包括不同雷诺数下的静止圆柱绕流、横向振荡圆柱绕流、NACA0008、NACA0012翼型绕流，均取得了较为满意的结果；最后对两具有不同初始位置不同密度的圆形粒子在重力作用下自由沉降时的纯尾涡干扰算例进行了模拟，表明本程序能够初步进行流固双向耦合计算。 |
| 作者： | 杨林 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 常欣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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