保自由流WENO方法的发展及其在预混燃烧流场计算的应用
发布时间：2021-09-30 16:36
本论文主要研究具有保自由流性质的高阶有限差分加权本质无震荡（Weighted Essentially Non-Oscillatory,WENO）格式的发展和应用。内容分为两太部分:（1）保自由流WENO格式及在圆柱诱导CH4/空气预混燃烧流场计算中的应用。采用保自由流5阶WENO格式求解贴体坐标变换后的多组分Euler方程组,用基元反应模型描述CH4/空气燃烧。不同于标准WENO格式通量构造方法,该WENO格式由方程的解通过WENO插值得到数值通量,在曲线坐标系具有保自由流性质。首先数值验证该WENO格式的精度和保自由流特性,然后计算圆柱诱导CH4/空气预混气燃烧流场,针对三种CH4/空气简化机理,考察不同圆柱半径的影响,给出燃烧流场压力与温度等值线和云图、压力和温度沿过驻点线分布等结果。结果表明:在考核计算结果网格无关性基础上,该WENO格式可准确地捕捉激波和火焰阵面形状、激波和火焰面驻点距离,得到的计算结果和文献相符。增大圆柱半径,激波和火焰面被推向来流方向,激波和火焰面之间距离也减小。不同机理对应自由基生成、等价链反应起始阶段的点火基元反应是不同的,但不同机理得到的弓形激波位置近...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．２移动涡计算结果??大的影响，导致无法维持涡的形状
?第２章控制方程和数值方法???其中，??足＝３，??Ｒｙ?＝?６，?（２．３５）??１２??非光滑网格生成方式见文献［１ＱＱ］。??图２．３给出非光滑网格，两种格式（标准ＷＥＮＯ）和（保自由流ＷＥＮＯ）的??压力云图，两种格式均可捕捉到圆柱上游形成的弓形激波，但是图２．３ａ清楚表明，??非光滑性网格，标准ＷＥＮＯ?（不保自由流）在流场出现数值误差造成明显扰动，??严重影响了激波形状，图２．３ｂ表明，保自由流ＷＥＮＯ即使在非光滑网格，也可??消除非光滑网格导数产生的数值误差，较清晰地给出弓形激波。??图２．４给出解析（光滑）网格两种格式计算得到的压力云图，对光滑网格，两??种格式均可较清晰地给出流场的弓形激波。??｜??｜?賈??（ａ）标准ＷＥＮＯ?（不保自由流）?（ｂ）保自由流ＷＥＮＯ??图２．３非光滑网格圆柱绕流??１７??
?第３章保自由流格式在化学反应流计算中的应用???第３章保自由流格式在化学反应流计算中的应用??３．１本章引言??本章利用第二章数值方法计算几个典型算例，考察保自由流ＷＥＮＯ格式解??决实际问题的能力。３．２节计算圆柱诱导ＣＨ４／空气预混燃烧流常采用保自由流??５阶ＷＥＮＯ格式求解贴体坐标变换后的多组分Ｅｕｌｅｒ方程，用基元反应模型描述??ＣＨ４／空气燃烧。针对三种ＣＨ４／空气简化机理，考察不同圆柱半径的影响，给出??燃烧流场压力与温度等值线和云图、压力和温度沿过驻点线分布，并给出结论。??３．３节计算高Ｍａｃｈ数平板边界层。３．４节计算Ｔａｙｌｏｒ－Ｇｒｅｅｎ满。３．５节给出本章小??结。??３．２圆柱诱导ＣＨ４／空气超声速预混燃烧??采用Ｅｕｌｅｒ方程（忽略粘性项的方程（２．１））描述ＣＨ４／空气超声速预混燃烧流??场，利用（２．１３）数值格式离散空间导数，时间离散采用（２．２６）。图（３．１ａ）给出圆柱??诱导超声速预混燃烧示意图，圆柱半径为〇．５ｍｍ，圆心位于ｘ?＝?－ｌ。计算参数??和边界条件简述如下：自左至右来流静温Ｉ、静压；）？和速度分别为２９５Ａ：，??５１）ｔＰａ和２３３０ｍ／ｓ，对应的Ｍａｃｈ数从？为６．６１，预混气为化学计量比Ｃ／ｆ４／空??气混合物，计算网格取４０ｘ３０，见图（３．１ｂ）。入口边界Ａｉ）指定超声速来流参数，??出口边界和ＣＤ取外推条件，固壁５Ｃ采用绝热滑移条件。??（ａ）圆柱和激波与火焰阵面?（ｂ）计算网格??图３．１圆柱诱导超声速预混燃烧和计算网格示意图??（１激波２诱导区３火焰面）??图（３．２ａ）和图（３．２ｂ）分别给出压力和温度等值线与云图分布。图（３．２ａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于变形网格“几何守恒律”概念的讨论[J]. 刘君,白晓征,张涵信,郭正. 航空计算技术. 2009(04)
[2]乙烯燃烧简化化学动力学模型及其验证[J]. 杨顺华,肖保国,钱炜祺. 实验流体力学. 2009(02)
博士论文
[1]有限差分WENO格式另一种公式的研究和随机游走模型的数值模拟[D]. 蒋琰.中国科学技术大学 2015
本文编号：3416257
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：104 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．２移动涡计算结果??大的影响，导致无法维持涡的形状
?第２章控制方程和数值方法???其中，??足＝３，??Ｒｙ?＝?６，?（２．３５）??１２??非光滑网格生成方式见文献［１ＱＱ］。??图２．３给出非光滑网格，两种格式（标准ＷＥＮＯ）和（保自由流ＷＥＮＯ）的??压力云图，两种格式均可捕捉到圆柱上游形成的弓形激波，但是图２．３ａ清楚表明，??非光滑性网格，标准ＷＥＮＯ?（不保自由流）在流场出现数值误差造成明显扰动，??严重影响了激波形状，图２．３ｂ表明，保自由流ＷＥＮＯ即使在非光滑网格，也可??消除非光滑网格导数产生的数值误差，较清晰地给出弓形激波。??图２．４给出解析（光滑）网格两种格式计算得到的压力云图，对光滑网格，两??种格式均可较清晰地给出流场的弓形激波。??｜??｜?賈??（ａ）标准ＷＥＮＯ?（不保自由流）?（ｂ）保自由流ＷＥＮＯ??图２．３非光滑网格圆柱绕流??１７??
?第３章保自由流格式在化学反应流计算中的应用???第３章保自由流格式在化学反应流计算中的应用??３．１本章引言??本章利用第二章数值方法计算几个典型算例，考察保自由流ＷＥＮＯ格式解??决实际问题的能力。３．２节计算圆柱诱导ＣＨ４／空气预混燃烧流常采用保自由流??５阶ＷＥＮＯ格式求解贴体坐标变换后的多组分Ｅｕｌｅｒ方程，用基元反应模型描述??ＣＨ４／空气燃烧。针对三种ＣＨ４／空气简化机理，考察不同圆柱半径的影响，给出??燃烧流场压力与温度等值线和云图、压力和温度沿过驻点线分布，并给出结论。??３．３节计算高Ｍａｃｈ数平板边界层。３．４节计算Ｔａｙｌｏｒ－Ｇｒｅｅｎ满。３．５节给出本章小??结。??３．２圆柱诱导ＣＨ４／空气超声速预混燃烧??采用Ｅｕｌｅｒ方程（忽略粘性项的方程（２．１））描述ＣＨ４／空气超声速预混燃烧流??场，利用（２．１３）数值格式离散空间导数，时间离散采用（２．２６）。图（３．１ａ）给出圆柱??诱导超声速预混燃烧示意图，圆柱半径为〇．５ｍｍ，圆心位于ｘ?＝?－ｌ。计算参数??和边界条件简述如下：自左至右来流静温Ｉ、静压；）？和速度分别为２９５Ａ：，??５１）ｔＰａ和２３３０ｍ／ｓ，对应的Ｍａｃｈ数从？为６．６１，预混气为化学计量比Ｃ／ｆ４／空??气混合物，计算网格取４０ｘ３０，见图（３．１ｂ）。入口边界Ａｉ）指定超声速来流参数，??出口边界和ＣＤ取外推条件，固壁５Ｃ采用绝热滑移条件。??（ａ）圆柱和激波与火焰阵面?（ｂ）计算网格??图３．１圆柱诱导超声速预混燃烧和计算网格示意图??（１激波２诱导区３火焰面）??图（３．２ａ）和图（３．２ｂ）分别给出压力和温度等值线与云图分布。图（３．２ａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于变形网格“几何守恒律”概念的讨论[J]. 刘君,白晓征,张涵信,郭正. 航空计算技术. 2009(04)
[2]乙烯燃烧简化化学动力学模型及其验证[J]. 杨顺华,肖保国,钱炜祺. 实验流体力学. 2009(02)
博士论文
[1]有限差分WENO格式另一种公式的研究和随机游走模型的数值模拟[D]. 蒋琰.中国科学技术大学 2015
本文编号：3416257
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