《低耗散RKDG方法在附著空化流動中的套用研究》是依託中國航天空氣動力技術研究院，由田俊武擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：低耗散RKDG方法在附著空化流動中的套用研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：田俊武
- 依託單位：中國航天空氣動力技術研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
空泡的水-汽界面處理是空化流動數值模擬研究中的核心問題之一，由於多相流動求解的複雜性導致目前尚缺乏精確有效的具備高精度、高解析度特徵的界面捕捉方法。發展基於可壓縮流動的連續介質模型的界面捕捉方法，對於研究空泡界面水汽混合層的可壓縮效應，並實現全流場在同一主控方程下的統一求解，具有重要的意義。為了實現對水汽界面大密度比間斷的精確捕捉，發展具有高精度、高解析度的數值方法是界面捕捉方法能否取得成功套用的關鍵。同時，空泡區存在複雜的湍流運動，如何通過建立合理的湍流模型，來反應湍流運動對空泡界面，尤其是尾空泡界面的影響，對於實現界面捕捉方法的精確性也是至關重要的。RKDG有限元方法是一種擅長解決含有強間斷現象的高精度、高解析度的數值方法。本課題擬採用該方法，配合連續介質模型，研究空化流動中的水汽界面捕捉問題，從而為建立航行體出水過程中的空化預測、預報方法提供依據，也為相關的工業技術革新提供技術支撐。
結題摘要
本項目以多介質、多相流動中的界面流動現象為主要研究對象，研究了以下主要內容： （1）首先對具有高精度、高解析度、低耗散特徵的RKDG方法進行了研究。分析了該方法的思想及離散求解過程，編寫了相應的計算求解程式。為了考核方法的魯棒性和程式的可靠性，通過大量的一維、二維、三維典型問題進行了計算，結果表明，採用該方法能夠非常銳利地捕捉到激波、稀疏波等間斷現象，沒有出現激波抹平現象，從而說明該方法具有較高的計算精度和解析度。 （2）本著由易到難的原則，運用發展的RKDG方法對潰壩、Rayleigh-Taylor不穩定性等經典的界面流動現象進行了模擬，並與相應的解析解及其它格式的數值結果進行了比較。計算結果表明，採用RKDG方法能夠較為清晰地捕捉到界面的演化和精細的流場結構；在Rayleigh-Taylor不穩定性的模擬中，發現了不同密度比、不同格線密度、不同限制器參數對計算結果影響的定性規律。 （3）進一步將RKDG方法推廣到可壓縮多介質流體界面動力學問題的數值計算。界面追蹤採用目前比較常用的 Level Set方法，並在計算中用虛擬流體方法對界面兩側的物理量進行等壓裝配，從而將一個兩介質界面流動轉化為兩個單介質流動，避免了界面兩側狀態方程不同的問題。通過對多種水-氣及氣-氣多介質界面流動問題的數值計算，證明了本項目方法的有效性，在激波與水-氣界面相互作用的過程中發現了空化現象。 （4）在前面的基礎上，進一步開展了空化流動的研究。分別對水、飽和水蒸汽和水汽混合界面層建了剛性氣體狀態方程及正弦正壓狀態方程，通過相關算例的計算，證明本項目的方法能夠捕捉到空化的發生，並且能夠獲得與解析解較為一致的結果；同時也發現空化區內大部分是水汽混合物，有關空化的數學模型仍有待進一步深入開展。
