低速多组份混合工质掺混流场数值模拟的加速收敛.pdfVIP

中国工程热物理学会 热机气动热力学学术会议 低速多组份混皇勰乎场麴焦鳓加速收敛t 蔡剑铜 袁 新叶大均 ● (清华大学热能工程系北京l∞084) 摘 要 ● 每 本文对基于时同推进的高分辨率迎风教擅格式采用一种新的加速迭代技巧，对 低速●概流动拇誓进行敦值模拟．可以有效地加快收敛蘧度。而且每步计算时 ￡ 阃并未增加许多．因此能够有效地减少计算时阿，降低计算费用．同时改进后 的数值格式能够在处理高速洗动问量的时候恢复成为原来的格式，从而使得改 进后豹敷值格式对高速和低建诫动阔曩垮能保持良好的计算鼓率． 关奠词 高分辨率格式 多组份混合工质 掺混机理 在热解炉内部藏场的敷值模拙中ll】，主诫天然气速度较低(大约为10一80m，8)， 沮度很高(大约为1560。c)，所以热■炉内部藏场主要呈现低马善敷流动的状况．另 一方面，曩■畸^的石油气速度相对较高(大约1∞一250m／日)，墨度不太高(大约为 3∞。C)。对应的马●数较高．在薹个溅场内部．两类物性参敷不同、温度速度相差较 大的气体善混。流体截团的可压缩性是地不鸵忽略不计的，园此．必癯采用可压缩N．S 方程怍为敦学模型．另一方面，我们的目的是发晨一套适用于流动建度变化范田较大 的数值模拟软件，使其既能适用于高速参把(包括超音速掺混)也能适用于低速掺混漉 动的披值模拟．综合上面两十因素，发展隶鼻基于时同推进的多组分混合工质的可压 缩流动的N．S方程的数值软件是我们的选择． 然而，当求解基于时间推进的N-S方程时，在低速流动下，敷值计算会出现收 敛速度大啊度降低的情况【“．这是周为c，_+0的时候，对流项的特征速度u+c， 种情况一般梭称为刚性∽i日如∞)．一般认为时间推进方法处理低速流动效率低下的 主蔓厦因在于这里【2】．对于这种低速流动产生的刚性问量，用矩肆顶处理方法加速收 敛能起到较好的教果例，然而原来的程序需要丈规模肇改；另一方面。我们程序中的 改进LWGS算法的特点就是使用丁精确的Jacobin矩阵，而矩阵预处理一般使用静 压p辱而不是请如pF之樊的守恒量变量作为左蜡项的求解变量，日此矩阵预处理应 用于我们的程序中将破坏原有程序的优点．我们这里尝试将P．Jen圳q的原来用于显 格式的加速迭代技巧应用于I耶-SGS随式格式方面，该加速技巧原来的目的是扩大迭 代时间步长，然而我们现在将其扩晨到我们的隐式格式计算上，这样做的目的是避免 矩阵预处理带来的困难，同时希望不用大规模修改原程序就能起到加速收敛的效果， 而且PlJeⅡⅡy在其文中【3】证明丁适当条件下船的技巧艇解释为一种矩阵预处理．毳们 ’本文得到重寡重点基础研究专硪烃费和嗣寡自然科学基金赉助． i f 13 o —————]i百_曩羽玎嚣————————————一——要7 的敦僵计鼻的绪累襄明这种技巧对融式格式帕最僵计耳也同秤髂冠捌加趸聃怍崩．这 样的徽法蕾有教地提高收敛速度同时又没有在每步计算中增加过多计算量，从而节省 丁计算费用． 1·t卓■曩■量