基于IB-LBM方法的二维降落伞数值模拟方法研究

论文摘要

格子玻尔兹曼方法（LBM）在宏观上是离散方法,在微观上是连续方法,因而被称为介观模拟方法。由于该方法易于编程实现,且容易实现并行计算,符合当下数值模拟的潮流与趋势,所以越来越受到国内外学者的关注和研究。在进行CFD模拟时,会遇到计算域网格划分的工作,而这项工作对于外形复杂、边界运动等情形往往会出现网格生成困难、网格重生成等问题。为了避免上述传统边界处理时出现的大工作量和额外的计算资源开销,本文采用浸没边界法（IBM）处理物面边界。该方法对于复杂外形处理以及运动边界问题的模拟有着不错效果,它大大降低了网格生成的工作量,而且一般不需要对网格进行重生成造成额外的计算资源的消耗。降落伞作为航空航天领域减速、救生装置由来已久。由于其结构变形十分复杂,纯粹的试验往往带来巨大的人力物力的消耗,半试验半经验的方式同样存在低效,高消耗的特点。随着计算机计算能力的提高,对降落伞进行数值模拟变得越来越受欢迎。本文结合浸没边界法（IBM）和格子玻尔兹曼方法（LBM）尝试对二维降落伞的开伞过程这样一个流固耦合问题进行数值模拟。本文前期在消化格子玻尔兹曼方法（LBM）以及浸没边界法（IBM）的基础上运用c++编程建立IB-LBM求解程序,先对一些标准问题进行数值模拟验证程序的可靠性,再建立降落伞的二维结构模型,两者结合最终实现对二维降落伞开伞过程进行初步的数值模拟。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 注释表
• 缩略词
• 第一章 绪论
•   1.1 研究目的及意义
•   1.2 IB-LBM方法
•     1.2.1 格子波尔兹曼方法（LBM）
•     1.2.2 浸没边界法（IBM）
•   1.3 降落伞
•     1.3.1 降落伞数值模拟发展历程
•   1.4 本文主要工作及意义
•     1.4.1 本文主要工作
•     1.4.2 本文的意义
• 第二章 IB-LBM方法
•   2.1 引言
•   2.2 格子波尔兹曼方法（LBM）
•     2.2.1 波尔兹曼方程（BE）
•     2.2.2 碰撞算子简化
•   2.3 浸没边界法（IBM）
•     2.3.1 IB-LBM计算流程
•     2.3.2 由拉格朗日节点确定欧拉节点的算法
•     2.3.3 边界力源项f的计算
•   2.4 本章小结
• 第三章 IB-LBM方法算例验证
•   3.1 定常圆柱绕流
•   3.2 非定常圆柱绕流
•   3.3 亚临界圆柱绕流
•     3.3.1 大涡数值模拟方法（LES）
•     3.3.2 LBM-LES
•     3.3.3 Re=3900圆柱绕流数值模拟
•   3.4 主动振荡圆柱绕流
•   3.5 涡致振荡圆柱绕流
•   3.6 本章小结
• 第四章 二维降落伞流固耦合数值模拟
•   4.1 现有方法
•   4.2 质量弹簧阻尼结构模型（MSD）
•     4.2.1 CALA方法
•     4.2.2 MSD模型方程数值离散
•   4.3 MSD-IB-LBM程序
•   4.4 降落伞流固耦合数值模拟
•     4.4.1 物理量转换
•     4.4.2 流场计算基本信息
•     4.4.3 降落伞初始外形
•     4.4.4 开伞过程数值模拟
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 潘舜智

导师: 夏健

关键词: 流固耦合,编程,二维降落伞

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,数学,航空航天科学与工程

单位: 南京航空航天大学

分类号: V244.216;O241.8

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000081

总页数: 82

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