《基於多矩的浸入邊界數值模式研究開發》是依託西安交通大學，由陳春剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於多矩的浸入邊界數值模式研究開發
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳春剛
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本研究基於多矩有限體積VSIAM3格式，使用浸入邊界法開發適用於複雜、移動計算區域內流動模擬的新型計算流體力學數值模式。該模式突破現有浸入邊界算法的局限，使用統一數值解法處理可壓、不可壓流動、集成自適應格線技術提高計算精度並控制計算負荷，此外該模式還具有多矩算法準確、高效、魯棒性好、適應性強等特點。主要研究內容包括：第一，使用虛擬格線技術開發針對不可壓流動的多矩浸入邊界數值模式並集成湍流模型；第二，完成自適應格線模組，實現格線解析度的動態調整，提高數值模式的計算精度，並有效控制計算負荷；第三，利用VSIAM3可壓、不可壓流動統一數值解法，開發用於可壓縮流的多矩浸入邊界數值模式，拓展浸入邊界法的套用領域。本項目在進行自主原創、高性能數值格式基礎性科學研究同時，將形成一套準確、高效的流體數值仿真模式，可套用於構建高速鐵路列車氣動數值仿真平台，具有很高實用價值。
結題摘要
本項目按照預定計畫完成了各項研究目標，發展了以多矩算法為基礎的浸入邊界數值模式。基於多矩思想的VSIAM3方法（Volume/Surface Integrated Average Multi-Moment Method）使用壓力投影法構造了求解不可壓流動的數值模式，本研究中將其與基於離散力思想的虛擬格線（ghost cell）浸入邊界方法相結合，發展了求解複雜計算區域內不可壓縮流動的高效數值模式。以多矩算法為基礎發展浸入邊界模式有以下優勢：第一，使用多矩思想，定義更多局地自由度，可在單格線內實現高階空間重構；第二，VSIAM3方法使用不同類型的矩實現速度、壓力在交錯格線上的耦合，而不同變數的同類矩均定義在同一格線點上。這兩個獨有的特點為浸入邊界法的實施提供了便利。VSIAM3方法已經推廣到可壓縮流動求解，提出了任意馬赫數下的可壓、不可壓統一算法。在此基礎上，本研究中將浸入邊界模式推廣到模擬複雜計算區域內中、低馬赫數可壓縮流動。本研究利用多矩浸入邊界模式對動邊界問題進行了模擬計算和驗證。為發展實用型數值模型，本項目還對使用VSIAM3格式進行湍流模擬和集成自適應格線技術提高算法的計算效率和精度進行了研究。此外，通過本項目的資助，還進一步研究了任意高階多矩格式的構造方法及其在非結構格線上的套用。在複雜計算區域內高效求解流體流動是計算流體力學研究的熱點問題，本項目圍繞這一問題，設定的研究內容及取得的研究成果可為進一步發展一套在某些特定領域有顯著優勢的實用型自主計算流體力學軟體打下良好基礎。
