《基於浸入邊界法的複雜動邊界紊流的數值模擬》是依託南京航空航天大學，由周春華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於浸入邊界法的複雜動邊界紊流的數值模擬
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周春華
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目將研究基於當地DFD（Domain-Free Discretization）的複雜動邊界紊流的數值模擬方法。主要研究內容包括：（1）當地DFD方法的改進和發展；（2）當地DFD方法在大渦模擬（LES）和雷諾平均N-S方程（RANS）框架下的實施；（3）複雜流動情形下，適用於浸入邊界法的紊流壁面模型的建立；（4）三維動邊界非定常流動的格線動態自適應處理；（5）流體運動方程與固體運動方程的高效耦合求解；（6）數值方法的驗證以及包含複雜運動邊界的紊流的數值模擬和相關現象的物理分析。本項目研究，理論上極大地拓展了偏微分方程浸入邊界解法的適用範圍，在高效、準確模擬自然界和工程中的複雜動邊界紊流方面具有廣闊的套用情景，在國防科技建設中更具有重要的現實意義。
結題摘要
浸入邊界法使用的直角格線難以滿足紊流邊界層的高解析度要求，這是將浸入邊界法拓展至紊流模擬的瓶頸問題。我們以DFD（Domain-Free Discretization）方法為代表，對基於浸入邊界法的動邊界紊流模擬方法進行了深入和系統的研究，取得了如下主要成果和進展。 （1）進一步改進和發展了DFD方法：引入質量源/匯項和混合解重構，減小了動邊界流模擬中的非物理振盪。（2）引入壁面模化技術，降低近壁面格線尺度的要求，實現了DFD方法至紊流RANS模擬的推廣：基於自適應壁面函式或求解紊流邊界層方程在浸入邊界上以無穿透和壁面剪下應力條件代替無滑移條件；基於壁面附近的紊流模型方程的近似解析解，確定外部相關點上的紊流變數。（3）引入基於紊流邊界層方程的壁面模化技術，跨過紊流內層的求解，實現了DFD方法至紊流LES模擬的推廣：採用動態亞格子渦粘模型為LES基準模型；以壁面無穿透和剪下應力條件代替無滑移條件；外部相關點上的渦粘係數值取為對應參考點上的值。（4）建立了一種三維動邊界非定常流動的動態格線自適應模擬方法：基於守恆性線性插值進行新舊格線間數值解的插值傳遞，避免插值誤差的積累；基於分層加密/稀疏，降低自適應格線生成的複雜度，保證格線的幾何質量。（5）提出了一種強耦合疊代的收斂加速技術：選取簡化的流體和固體運動求解器預估流體和固體動力學變數；然後，採用完整的求解器對預估產生的誤差進行校正。（6）實現了動態自適應格線上流固耦合的動邊界紊流的LES模擬。（7）通過大量複雜的靜/動邊界紊流的數值實驗和分析，對所發展的方法進行了檢驗和論證。 本項目研究取得了一些創新性的理論和技術成果，極大地拓展了偏微分方程浸入邊界解法的適用範圍，在高效、準確模擬自然界和工程領域中的複雜動邊界紊流方面具有廣闊的套用情景，而在國防科技建設中更具有重要的現實意義。
