【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 60。；c）交互式探索并掃瞄流場(chǎng)，檢查隨格點(diǎn)變化的流場(chǎng)特性； d）以 Richardson外差分析，估算數(shù)值解的精確度。實(shí)驗(yàn)與模擬驗(yàn)證比較：a）在同一窗口能比較數(shù)值結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；b）萃取渦流、震波表面和其他重要的流場(chǎng)特性；c）透過DVD控制選項(xiàng)，如向前、倒退和飛梭控制，可模擬瞬時(shí)解的動(dòng)畫；d）單一環(huán)境下，使用XY圖、極坐標(biāo)、2D和3D繪圖，能充分了解物理場(chǎng)的行為；e）交互式切片、等表面和流線軌跡工具讓您獲得更多、更細(xì)致的可視化結(jié)果。人性化輸出功能：a）對(duì)簡(jiǎn)報(bào)、網(wǎng)站和畫框制作優(yōu)化動(dòng)畫；b）輸出專業(yè)、簡(jiǎn)報(bào)質(zhì)量的向量和Raster格式；c）可直接從微軟Office復(fù)制/貼上圖檔和動(dòng)畫；d）輸出的數(shù)據(jù)格式兼容于Tecplot 360 2008和2006；e）使用Tecplot 360獨(dú)特的多畫框設(shè)計(jì)工作區(qū)，可呈現(xiàn)多個(gè)時(shí)間連結(jié)的繪圖展示。自動(dòng)圖形產(chǎn)生：a）藉由記錄或撰寫底稿來產(chǎn)生宏；b）藉由Python語法進(jìn)行分析與自動(dòng)繪圖任務(wù)；c）快速重建舊有圖表，并套用同樣式參數(shù)和設(shè)計(jì)?？蓤?zhí)行復(fù)雜模型于瞬間：a）多線程，有效利用多核心計(jì)算機(jī)資源。b）一般型計(jì)算機(jī)即能開啟更大的檔案；c）同時(shí)間比較多個(gè)模型，包含流固耦合可視化。 數(shù)值仿真方法介紹本文數(shù)值仿真研究采用商用軟件Fluent進(jìn)行數(shù)值求解，下面簡(jiǎn)要介紹所需求解的基本控制方程、湍流模型選取及壁面處理方法。 控制方程在利用CFD軟件進(jìn)行數(shù)值研究的過程中，需要選擇合適的數(shù)學(xué)模型和設(shè)定正確的邊界條件。根據(jù)本章所研究物理問題的自身特點(diǎn)，數(shù)值研究中所采用的數(shù)學(xué)模型基于以下假設(shè)：流體為連續(xù)介質(zhì)，流體的運(yùn)動(dòng)速度、壓力和密度等參數(shù)可以看作是坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)；流體流動(dòng)為定常不可壓流動(dòng)。在上述假設(shè)的基礎(chǔ)上，可以得到適合本章數(shù)值研究的湍流基本控制方程。連續(xù)介質(zhì)的流體力學(xué)流動(dòng)控制基本方程組包括：連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程。連續(xù)方程： () 動(dòng)量方程： () 其中， ；能量方程 ()其中，為熱傳導(dǎo)系數(shù)，右邊第二項(xiàng)為粘性耗散。 湍流模型目前，沒有一個(gè)湍流模型對(duì)于所有的物理問題是通用的，所以在數(shù)值仿真過程中選取合適的湍流模型就顯得尤為重要。由Launder和Spalding提出的兩方程模型——標(biāo)準(zhǔn)模型，屬于高雷諾數(shù)模型，其應(yīng)用最為廣泛[9]。對(duì)于該湍流模型，假設(shè)湍流粘性系數(shù)為： ()式中，是模型常數(shù)，k表示湍流動(dòng)能，表示湍流動(dòng)能耗散率，分別定義為： () ()湍流動(dòng)能k方程和擴(kuò)散方程形式為： () ()式中的常數(shù)為：，湍流動(dòng)能生成項(xiàng)：， 擴(kuò)張耗散項(xiàng)：，其中，而為音速。 壁面函數(shù)法標(biāo)準(zhǔn)湍流模型和模型常數(shù)只適用于離開壁面一定距離的湍流區(qū)域，在此區(qū)域，湍流Re數(shù)很高，分子粘性系數(shù)μ相對(duì)于湍流粘性系數(shù)μt可以忽略不計(jì)。而在與壁面相鄰的粘性邊界層中，湍流Re數(shù)很低，此區(qū)域必須考慮分子粘性的影響，此時(shí)系數(shù)Ct與湍流Re數(shù)有關(guān)，k、ε方程亦要作相應(yīng)的修改以適用于近壁區(qū)的低湍流雷諾數(shù)流動(dòng)。固體壁面及其近壁區(qū)域的處理對(duì)計(jì)算的準(zhǔn)確性具有很大的影響，由于湍流邊界層的區(qū)域很薄，在數(shù)值計(jì)算中要分辨這樣小的區(qū)域需要非常細(xì)密的網(wǎng)格，為了減小網(wǎng)格數(shù)，通常近壁區(qū)的數(shù)值計(jì)算采用壁面函數(shù)法，近壁區(qū)的流動(dòng)參數(shù)分布由壁面函數(shù)直接確定[10]。本文采用的是標(biāo)準(zhǔn)的壁面函數(shù)，其基本思想歸納如下：定義無量綱法向距離： ()壁面無量綱切向速度： ()其中，y為壁面法向距離，ν為分子運(yùn)動(dòng)粘度，U為平行于壁面的切向速度，為摩擦速度，定義為： ()其中，為壁面剪切應(yīng)力。壁面處理如下：當(dāng)時(shí)， 其中，和均是粘性底層的參數(shù)；當(dāng)時(shí)，其中 ，：馮卡門常數(shù)，； E ：壁面函數(shù)常數(shù)。這樣，求解過程是：用標(biāo)準(zhǔn)方程求解完全的湍流區(qū)域，使用設(shè)置在粘性底層邊沿外的第一點(diǎn)湍流動(dòng)能和耗散率作為其邊界條件。第三章 典型工況下進(jìn)氣道二維流場(chǎng)分析本章在已有的進(jìn)氣道模型基礎(chǔ)上，分別對(duì)開放氣槽和不開放氣槽情況下的進(jìn)氣道模型開展了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，分別對(duì)其典型工況下的流動(dòng)開展了二維數(shù)值仿真模擬，分析了設(shè)計(jì)狀態(tài)下進(jìn)氣道的二維流場(chǎng)特征。，該進(jìn)氣道為軸對(duì)稱混壓式進(jìn)氣道，激波封口馬赫數(shù)（設(shè)計(jì)馬赫數(shù)），外壓段采用單級(jí)軸對(duì)稱壓縮，壓縮角度為13度，。針對(duì)上述進(jìn)氣道幾何構(gòu)形，對(duì)其開展結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。，由于該進(jìn)氣道為軸對(duì)稱幾何結(jié)構(gòu)，為此僅給出一半計(jì)算域。 進(jìn)氣道模型圖利用ICEM網(wǎng)格劃分軟件對(duì)上述模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，全局均采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，為了更好的模擬附面層內(nèi)的復(fù)雜流動(dòng),在靠近壁面附近,網(wǎng)格進(jìn)行了加密處理,以反映流動(dòng)細(xì)節(jié)。同時(shí)對(duì)激波、膨脹波等流場(chǎng)參數(shù)變化梯度較大的區(qū)域網(wǎng)格也進(jìn)行了適當(dāng)?shù)募用芴幚?，為了保證數(shù)值仿真的準(zhǔn)確性、減小模擬誤差，在不同的網(wǎng)格塊間的連接處也進(jìn)行了適當(dāng)?shù)奶幚怼?進(jìn)氣道網(wǎng)格圖 計(jì)算方法采用商業(yè)計(jì)算軟件Fluent進(jìn)行數(shù)值模擬，數(shù)值計(jì)算中采用的邊界條件包括軸對(duì)稱邊界條件，壓力遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件，壓力出口邊界條件，內(nèi)部邊界條件，固壁邊界條件等，本模型計(jì)算域邊界條件設(shè)置如下： inflow，far——壓力遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件 outflow，outlet——壓力出口邊界條件 axis——為軸對(duì)稱邊界條件 inlet，throat——為內(nèi)部邊界條件 spike——為固壁邊界條件選取標(biāo)準(zhǔn)kε湍流模型，二階迎風(fēng)格式離散，近壁區(qū)采用壁面函數(shù)法處理。計(jì)算收斂以各方程殘差均下降4個(gè)數(shù)量級(jí)為準(zhǔn)，同時(shí)保證進(jìn)氣道出口流量穩(wěn)定。設(shè)計(jì)狀態(tài)計(jì)算條件：，，攻角0176。 設(shè)計(jì)狀態(tài)下，進(jìn)氣道流動(dòng)特征分析 不設(shè)置放氣槽進(jìn)氣道流場(chǎng)分析按前文來流條件、數(shù)值模擬方法及劃分的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，對(duì)該軸對(duì)稱進(jìn)氣道設(shè)計(jì)狀態(tài)進(jìn)行了二維仿真。=，不開放氣槽情況下的進(jìn)氣道馬赫數(shù)等值圖如下（）。由圖可見，進(jìn)氣道并未建立起預(yù)期的流動(dòng)形態(tài)，在其進(jìn)口處產(chǎn)生一個(gè)很大的分離包，形成氣動(dòng)型面，進(jìn)氣道內(nèi)通道有效流通面積大幅減小，氣動(dòng)型面致使進(jìn)口前產(chǎn)生一道斜激波，此時(shí)存在很大的超聲速溢流，進(jìn)氣道沒有正常起動(dòng)工作，處于不起動(dòng)狀態(tài)。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，進(jìn)氣道內(nèi)收縮比過大導(dǎo)致進(jìn)氣道不能正常起動(dòng)工作。 設(shè)置放氣槽進(jìn)氣道流場(chǎng)分析由上一節(jié)可知，不對(duì)進(jìn)氣道進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，其是無法正常工作的，因此先對(duì)進(jìn)氣道進(jìn)行簡(jiǎn)單的放氣處理，以溢走一部分流量。根據(jù)內(nèi)收縮比過大導(dǎo)致進(jìn)氣道不起動(dòng)，對(duì)進(jìn)氣道喉道處進(jìn)行放氣，以期能夠使進(jìn)氣道起動(dòng)。，在進(jìn)氣道內(nèi)壓段外罩上設(shè)置溢流槽。 簡(jiǎn)單放氣處理后的進(jìn)氣道模型,采取喉道放氣時(shí),進(jìn)氣道馬赫數(shù)等值圖及局部放大圖。，進(jìn)氣道馬赫數(shù)等值圖及局部放大圖由圖可見，此時(shí)由于額外的流量從溢流槽中溢出，進(jìn)氣道喉道界面沒有出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，正常起動(dòng)工作，一道外壓激波匯于唇口。由仿真結(jié)果可知，流量系數(shù)φ=，總壓恢復(fù)系數(shù)ξ=。雖然進(jìn)氣道能正常起動(dòng)工作，但由于溢流量過大，導(dǎo)致進(jìn)氣道流量