数值研究涡流过去开始一个坚实的身体

在本文中,我们将总结不同的数值方法被用于研究起动涡动力学为流体流过固体。这里的流体运动被认为是牛顿和不可压缩。流体流动的零极限粘度,涡流表模型可以使用;粘性流,拉格朗日方法,如涡流法、欧拉法、有限差分法等,通常出现在文学。

涡分离固体边缘的身体是一个基本的过程流体动力学中发现伟大的应用在生活中,包括鸟飞,鱼游泳和船舶涡轮旋转。当流体通过身体,沿着身体表面和涡度边界层形式集中在身体的边缘。这样一个集中的涡度越来越厚,分离剪切层,生下一个漩涡开始,下游最终借对流传热。本文的目的是提供一个汇总的各种数值方法被用于研究起动涡。我们关注的问题流过去的平板或薄的椭圆。

牛顿和被认为是不可压缩流体的流动,因此,流体运动是由navier - stokes方程,

。(1)

涡度的液体是ω,速度向量u,流函数ψ,和运动粘度液体是物质导数,通常是用来描述在拉格朗日框架流运动。陆雷诺数Re =ν/是一个无量纲参数,描述流体流动的物理几何和属性。在板的情况下(椭圆)L是板长度(椭圆的长轴)和U是远场流速度。

起动涡动力学的开创性的研究可以追溯到普朗特(1]。在过去的几十年中显著提前起动涡动力学的数值模拟。

涡流层模型。关于非粘性流体流动的情况下,涡流层模型被广泛使用。涡流表是一个渐近模型的涡度边界层流体粘度趋于零。表是一个与零厚度,由离散的漩涡。的数学公式涡流面奇异性,和插入一个人工平滑参数是一种常见的技术规范问题[2]。

牵引(3)研究了自相似上卷的半无限涡流面和剪切层分离幂律流过去semi-finite楔开始使用涡流层模型。Krasny [4正规化涡流表和调查的演变表过去的关键时刻。他还应用正则化技术研究涡流层上卷trefftz平面上(5]。对于不对称的情况,Nitsche和Krasny6)模拟涡环形成一个圆管的边缘。结果相比非常相似理论和实验,并与实验不符点被归因于缺乏粘性涡板模型。阿尔本(7)应用涡流层模型来调查bio-mechanism灵活的身体在非粘流,例如,磷虾游泳(8]。黄,Nitsche Kanso [9]研究昆虫悬停飞行的稳定性和可操作性。

拉格朗日方法。粘性涡方法是拉格朗日方法。在计算,流体粒子跟踪的数组,这些流体粒子携带涡度。相关的速度和流函数可以通过毕奥萨伐尔定律计算。流体粒子在身体表面,没有这样一种近似涡度扩散需要固体边界的数值的过程。Schmall和Kinney10]介绍了技术扩散从固体边界涡量基于表面的流体流动状态的坚持。他们显示涡度轮廓身体Re = 4和400年的情况下非定常二维粘性流过去有限的攻角板。Koumoutsakos和盾牌(11)使用相同的技术来研究流过去的平板。·[12]研究涡周围拍打2 d刚性椭圆形的身体使用涡方法。在他的计算,背景笛卡尔网格用于协助粒子再啮合过程。

欧拉方法。在这个类别中,我们将集中在有限的不同的方法。有限的不同的方法近似微分运营商navier - stokes方程的差分方程。解决方案的涡度、速度和流函数驻留在网格节点。在body-fitted网格计算,通常是这样固体生成配置文件是一个网格线。因此Briley的公式(13)可以直接应用,确保没有滑动和渗透在流固界面条件。在某些情况下,渐近分析解决方案用于治疗边缘尖端的奇异行为(14]。哈德逊和丹尼斯15]研究流体的稳态解的过去一个正常的平板在低雷诺数和中间,再保险∈(0.1,20)。王等。16)连接二次起动涡的不稳定剪切层振荡流函数的值接近椭圆小费。徐和Nitsche17,18]研究了粘性流过去有限板不同雷诺数再保险∈(250、2000)和加速流量。并行计算,得到高分辨率板附近的结果提示,和扩展行为的漩涡开始在早期的时间调查。Nitsche和徐19]讨论了粘性和非粘性的模拟之间的比较。

虽然非粘性的涡流层模型提供的洞察力的流体分离锐利边缘和大型结构的涡开始,直接模拟粘性流得到越来越多的关注,主要是因为他们解决全n - s方程和粘度更现实的问题中扮演重要的角色。高性能计算另一方面帮助进步的直接模拟。使用这些超级计算机,在过去只有少数研究人员已成为越来越多的研究生和研究人员访问。然而,更好的改进和设计提供了数值技术永远不会停止从现实的挑战是无限的。

引用

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