基于OpenFOAM的可壓縮流動與傳熱大渦模擬數(shù)值研究.pdf

1、由于湍流問題的復(fù)雜性，目前采用計(jì)算流體動力學(xué)方法還難以對工程問題中的流動和傳熱問題給出準(zhǔn)確的預(yù)測，湍流問題可以說是制約工業(yè)技術(shù)發(fā)展的重要問題。隨著計(jì)算流體力學(xué)方法的快速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日趨成熟，大渦模擬(LES)作為通用性強(qiáng)、運(yùn)算時(shí)間較短的高精度數(shù)值模擬方法，在可壓縮流動的機(jī)理研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。
　　本文充分利用開源軟件開放和自由的編程模式，在已有的采用C++語言編寫的在linux下運(yùn)行的開源流體力學(xué)庫OpenFOA

2、M的基礎(chǔ)上，從可壓縮rhoPimpleFoam求解器入手，在邊界條件和數(shù)據(jù)處理層面上做了開發(fā)，且實(shí)現(xiàn)程序化，考核了大渦模擬對于復(fù)雜流動的適應(yīng)性。這里選取了經(jīng)典的后臺階分離再附流動和渦輪內(nèi)部帶肋冷卻通道的流動，與已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，證實(shí)了OpenFOAM下的大渦模擬能夠較好應(yīng)用于實(shí)際復(fù)雜流動和傳熱研究，進(jìn)而能夠?qū)ο乱徊降臏u輪葉片內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)計(jì)算起到積極的作用。
　　首先，本文詳細(xì)總結(jié)了可壓縮流動的瞬態(tài)求解器rhoPimpleFo

3、am模擬仿真的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，推導(dǎo)了可壓大渦模擬控制方程的濾波形式及積分形式。利用OpenFOAM現(xiàn)有的有限體積法求解模塊、紊流模型模塊及前后處理器，對粘性方腔驅(qū)動流動和一維激波管問題進(jìn)行模擬，驗(yàn)證評估OpenFOAM在數(shù)值模擬上的有效可靠。在此基礎(chǔ)上，更改了源代碼，進(jìn)行了二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了程序化。編譯局部時(shí)均模擬湍流模型和用隨機(jī)數(shù)法合成的適用于大渦模擬的脈動入流條件，且討論并行計(jì)算等收斂加速技術(shù)。然后，基于rhoPimpleFoam求解器，將

4、LESinlet應(yīng)用于后臺階分離再附流動的大渦模擬算例，討論數(shù)值計(jì)算方法對后臺階分離流動再附問題的影響。最后，針對帶肋冷卻結(jié)構(gòu)模型分別在CFX和OpenFOAM的平臺上進(jìn)行模擬仿真，在rhoPimpleFoam基礎(chǔ)上對rhoPorousMRFPimpleFoam做一定程度的研究，探討旋轉(zhuǎn)對雙通道換熱性能和流動特性影響,得到靜止雙通道中折轉(zhuǎn)處換熱強(qiáng)度最大，旋轉(zhuǎn)極大的提升了第一通道帶肋壓力面的換熱強(qiáng)度，使得下壁面換熱強(qiáng)度更加均勻；旋轉(zhuǎn)在提升