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汇报人:流场可压缩性对涡相互作用影响的数值研究2024-01-21
目录引言流场可压缩性理论基础数值方法和模型数值模拟结果及分析实验验证与对比分析结论与展望
01引言Chapter
03工程应用中的需求对于航空航天、燃气轮机等领域,理解可压缩流场中的涡相互作用对于优化设计和提高性能至关重要。01涡相互作用在流体力学中的重要性涡是流体运动中的基本现象,涡相互作用对于理解流体的复杂行为具有重要意义。02可压缩流场中的涡相互作用在可压缩流场中,涡相互作用受到密度变化、压力波动等因素的影响,表现出与不可压缩流场不同的特性。研究背景和意义
目前,国内外学者已经对不可压缩流场中的涡相互作用进行了深入研究,但对于可压缩流场中的涡相互作用研究相对较少。随着计算机技术和数值方法的不断发展,对可压缩流场中的涡相互作用进行高精度数值模拟和深入研究将成为未来的研究热点。国内外研究现状发展趋势国内外研究现状及发展趋势
本研究旨在通过数值模拟方法,探讨可压缩流场中涡相互作用的机理和影响因素,分析不同压缩性条件下的涡结构演变和动力学特性。研究内容采用高精度数值模拟方法,如直接数值模拟(DNS)或大涡模拟(LES),对可压缩流场中的涡相互作用进行模拟。通过改变流场的压缩性参数,如马赫数、雷诺数等,分析不同压缩性条件下的涡相互作用特性。同时,结合理论分析和实验验证,对数值模拟结果进行验证和解释。研究方法研究内容和方法
02流场可压缩性理论基础Chapter
连续性方程描述流体的质量守恒,即单位时间内流入和流出控制体的质量差等于控制体内质量的变化率。动量方程反映流体动量的变化规律,即流体微元所受合力等于其动量变化率。能量方程表示流体微元内能的变化与热量交换和做功之间的关系。可压缩流场基本方程
涡量方程和涡动力学理论涡量方程描述流场中涡量的生成、输运和演化规律,是流体力学的基本方程之一。涡动力学理论研究流体中涡旋结构的形成、发展和相互作用机制,以及涡旋与流场其他物理量之间的关系。
123在可压缩流场中,流体的密度和压力会随着速度的变化而变化,从而影响涡旋的生成和发展。压缩性效应在超声速流动中,激波与涡的相互作用会导致复杂的流动现象,如激波诱导涡旋、涡旋对激波的反射等。激波与涡的相互作用湍流是一种高度复杂的流动现象,可压缩性会改变湍流的统计特性和结构特征,进而影响涡旋的相互作用。湍流与可压缩性的关系可压缩性对涡相互作用的影响机制
03数值方法和模型Chapter
数值方法介绍有限差分法采用二阶精度的中心差分格式离散控制方程,时间推进采用显式格式。有限元法基于变分原理和加权余量法,构造插值函数并求解微分方程。有限体积法将计算区域划分为一系列控制体积,每个控制体积用一个节点代表,通过将守恒型控制方程对控制体积做积分导出离散方程。
计算模型采用二维或三维模型,根据具体问题选择适当的湍流模型、多相流模型等。网格划分结构化网格或非结构化网格,根据计算模型的复杂性和精度要求进行选择。对于复杂流动,可采用混合网格或自适应网格技术。计算模型和网格划分
VS入口边界条件、出口边界条件、壁面边界条件等,根据具体问题设置。例如,入口可设置为速度入口或压力入口,出口可设置为压力出口或自由出流。初始条件初始流场设置,如初始速度、初始压力等。对于非定常流动问题,还需要设置初始时间步长和总时间步数等。边界条件边界条件和初始条件设置
04数值模拟结果及分析Chapter
在低可压缩性条件下,涡的相互作用主要表现为涡的合并和分裂,涡量场呈现出较为复杂的结构。在高可压缩性条件下,涡的相互作用主要表现为涡的变形和破碎,涡量场呈现出更为复杂的结构。随着可压缩性的增加,涡的相互作用强度逐渐增强,涡量场的复杂程度也逐渐增加。不同可压缩性条件下的涡相互作用现象
可压缩性对涡量场、速度场和压力场的影响01可压缩性对涡量场的影响表现为涡量的增加和减少,以及涡量的空间分布发生变化。02可压缩性对速度场的影响表现为速度的增加和减少,以及速度的空间分布发生变化。可压缩性对压力场的影响表现为压力的增加和减少,以及压力的空间分布发生变化。03
通过对比分析不同可压缩性条件下的数值模拟结果,可以发现可压缩性对涡相互作用的影响具有显著性。随着可压缩性的增加,涡的相互作用强度逐渐增强,涡量场、速度场和压力场的复杂程度也逐渐增加。这些结果对于深入理解流场可压缩性对涡相互作用的影响具有重要意义,也为相关领域的研究提供了有价值的参考。在低可压缩性条件下,涡的相互作用较为简单,而在高可压缩性条件下,涡的相互作用变得更为复杂。结果分析和讨论
05实验验证与对比分析Chapter
设计思路采用高精度流场测量设备,如粒子图像测速仪(PIV)和激光多普勒测速仪(LDV),对流场进行详细测量。实验装置实验参数设定不同的流体压缩性参数,如声速
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