动网格更新方法对数值计算精度的影响

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 13次 | 上传用户:wsttkl
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计算流体力学作为一种基本研究方法和设计手段已经广泛应用于航空、航天、船舶等诸多领域,其涉及的实际工程问题往往十分复杂,经常会牵扯到物体在流域内运动甚至多物体间相互运动的现象,而此类包含运动边界问题的数值求解如今已经成为现代计算流体力学研究的热点之一。移动网格法能够贴切的模拟物体运动的真实情况,因此被广泛地应用于此类实际问题的求解上。但在借助移动网格法模拟实际工况过程中经常会出现畸变程度较高的更新后流域网格以及数据震荡较大的计算结果,本文旨在通过改变网格更新方法以改善网格更新结果达到提升动网格计算结果质量的目的。本文采用不同的移动网格算法对动网格进行更新,并将它应用在不同算例中,验证有效的动网格算法,具体研究内容如下:首先,对圆在二维流场中的预定义运动进行动网格计算。动网格计算过程中应用了多种网格更新方法,之后从网格更新畸变程度、计算耗时以及水动力计算结果三个方面进行对比,得到在二维流场中弹簧常数因子较小的弹簧方法、基于壁面距离的扩散方法以及基于单元网格尺寸的扩散方法的计算效率以及计算结果相对较好。其次,对AUV在水中直航的预定义运动进行研究。与二维流场相比,三维流场情况更加复杂,离散后网格节点数激增,网格更新过程难度加大。在此应用二维流场中经过验证得到的三种网格更新方法进行计算,经过对比发现出在验证过程中弹簧方法计算耗时较少而基于壁面距离的扩散方法计算结果较好。最后,进行了 AUV自航过程的动网格计算。自航过程还需要考虑螺旋桨旋转产生推力的过程,增加了网格更新以及水动力计算的难度,模拟其从零开始加速直至匀速的过程中分别使用弹簧方法以及扩散方法进行SDOF的计算。结果表明,尽管弹簧方法仍旧计算速度较快,但是阻力数值波动较大,得到的数据可信度较差,而基于壁面距离的扩散方法尽管计算速度较慢,但是结果数据稳定性高出很多。
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